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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schalteinrichtung zur Synchronisation in einem Getriebe. Die Schalteinrichtung umfasst mindestens ein erstes Zahnrad und mindestens ein zweites Zahnrad. Auf einer Getriebewelle sind die Zahnräder drehbar angeordnet.
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Die deutsche Patentanmeldung
DE 10 2011 007 266 A1 offenbart eine Schalteinrichtung mit wenigstens einer Kupplungseinrichtung. Ferner ist eine Welle mit einer axial verschiebbaren und drehfest zur Welle angeordneten Schaltmuffe der Kupplungseinrichtung vorgesehen. Eine Aktuatoranordnung dient zum axialen Verschieben der Schaltmuffe. Dem relativ zur Welle und um die Rotationsachse drehbaren Kupplungselement ist wenigstens eine Kupplungsverzahnung und der Schaltmuffel ist wenigstens eine mit der Kupplungsverzahnung korrespondierende Gegenverzahnung drehfest zugeordnet. Ein ringförmiges Aktuatorelement der Aktuatoranordnung umgibt die Schaltmuffe umfangsseitig um die Rotationsachse. Die Schalteinrichtung kann mit einer Schwenkbewegung betätigt werden.
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Die deutsche Patentanmeldung
DE 10 2014 215 708 A1 offenbart ebenfalls eine Schalt- oder Synchronisierungseinrichtung. Die Schalt- oder Synchronisierungseinrichtung ist auf einer Getriebewelle angeordnet. Auf der Getriebewelle sind ferner mehrere Zahnräder angeordnet. Jeweils ein Kupplungskörper ist dabei drehfest mit einem Zahnrad verbunden. Zwischen den Kupplungskörpern der Zahnräder ist die Synchronisierungseinrichtung vorgesehen, die den Muffenträger und die axial verschiebbar gelagerte Schiebemuffe umfasst. Die Schiebemuffe wirkt mit einem Schaltfinger zusammen, über welchem die Schiebemuffe axial verschiebbar ist.
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Die deutsche Gebrauchsmusterschrift
DE 20 2016 100 792.5 offenbart eine Synchronisierungsvorrichtung und ein Schaltgetriebe mit einer solchen Synchronisierungsvorrichtung. Hierzu ist eine Schiebemuffe vorgesehen, die eine Innenverzahnung mit einer Vielzahl von Schiebemuffenzähnen aufweist und um eine Getriebeachse drehbar gelagert ist. Ferner ist ein Kupplungskörper eines Gangrades vorgesehen, der eine Außenverzahnung mit einer Vielzahl von Kupplungskörperzähnen aufweist, in die die Innenverzahnung der Schiebemuffe eingreifen kann. Eine Synchronisierungseinheit dient dazu, eine axiale Bewegung der Schiebemuffe zu blockieren. Hierzu ist ein nicht näher bezeichneter Aktuator vorgesehen, der die Schiebemuffe in axialer Richtung verschiebt und somit die Synchronisation herstellt.
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Ein Nachteil der Schalteinrichtung der Dokumente des Standes der Technik ist, dass eine reine Axialbetätigung der Synchronisationssysteme für Schalteinrichtung bei Getrieben viel axialen Bauraum beansprucht. Dies rührt unter anderem daher, dass eine Schaltgabel zwischen den zu schaltenden Rädern auch den gleichen Axialweg schaffen soll. Eine axiale Verkürzung der Getriebebaulinge ist daher sehr begrenzt möglich.
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Eine weitere Schwierigkeit der Synchronisationssysteme des Standes der Technik tritt bei der Betätigung der Synchronisationssysteme mit einer schwenkenden Bewegung in einer Dreheinführung und einer Umwandlung der Drehbewegung in eine Axialbewegung auf. Hierdurch werden bedeutende Axialkräfte erzeugt. Diese Axialkräfte sind üblicherweise außerhalb der Zahnräder am Gehäuse abgestützt und erfordern demnach dicke Zwischenwände, die das Potenzial der Axialverkürzung bei Nutzung einer Schwenkbetätigung beeinträchtigt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schalteinrichtung zur Synchronisation in einem Getriebe zu schaffen, die eine vereinfachte Bauweise aufweist und ebenso eine gewichtsreduzierte Konstruktion der Synchronisationssysteme ermöglicht. Hinzu kommt, dass die Schalteinrichtung bzw. das Synchronisationssystem derart im Getriebe verbaut ist, dass ein Mindestmaß an Bauraum beansprucht und gleichzeitig für eine funktionsgerechte Abstützung der Axialkräfte gesorgt wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Schalteinrichtung zur Synchronisation in einem Getriebe gelöst, die die Merkmale des Anspruchs 1 umfasst.
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Die Schalteinrichtung zur Synchronisation in einem Getriebe umfasst ein Synchronisationssystem, das zwischen einem ersten Zahnrad und einem zweiten Zahnrad angeordnet ist. Auf einer Getriebewelle sind Zahnräder drehbar angeordnet. Die Getriebewelle trägt ebenfalls das Synchronisationssystem, wobei das Synchronisationssystem einen Schiebemuffenträger und eine in axialer Richtung bewegliche Schiebemuffe umfasst. Das Synchronisationssystem ist zumindest teilweise derart innerhalb einer topfförmigen Ausnehmung eines der Zahnräder angeordnet, dass eine Abstützung von Axialkräften zwischen bzw. innerhalb des ersten Zahnrads (drehendes Bauteil) und/oder des zweiten Zahnrads (drehendes Bauteil) erfolgt.
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Ein Schraubring umgibt die Schiebemuffe und sitzt fest auf dieser. Der Schraubring trägt mindestens ein Gewindestück, das in mindestens einen Gewindeschlitz eingreift, der in einer Hülsenwand einer Gewindehülse ausgebildet ist. Eine Betätigungshülse umgibt die Gewindehülse und steht dabei mit dem mindestens einen Gewindestück in Wirkzusammenhang, so dass bei der Betätigung der Betätigungshülse eine axiale Verschiebung der Schiebemuffe erfolgt. Dies hat den Vorteil, dass durch eine Schwenkbewegung des Betätigungselements eine Axialverschiebung der Schiebemuffe erreicht wird. Hinzu kommt, dass die dabei entstehenden Axialkräfte intern abgestützt sind. Unter dem Begriff „intern“ ist zu verstehen, dass die Abstützung und das Auffangen der Axialkräfte innerhalb des Zahnradpaares erfolgt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform hat der Schraubring mindestens zwei Gewindestücke ausgebildet, die in jeweils einem Gewindeschlitz der Gewindehülse geführt sind. Der Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass durch die symmetrische Verteilung der mindestens zwei Gewindestücke eine gleichmäßige axiale Verschiebung der Schiebemuffe erreicht wird, ohne dass es zu einer Klemmung führen kann.
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Bevorzugt hat die Betätigungshülse für jedes Gewindestück eine Aussparung ausgebildet, die eine Drehbewegung des Gewindestücks unterbindet und eine Bewegung des Gewindestücks in axialer Richtung ermöglicht.
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In einer Ausführungsform ist mit der Betätigungshülse ferner ein Betätigungsblech verbunden. Das Betätigungselement hat an zumindest einem äußeren Segmentabschnitt eine Zahnung ausgebildet, über die die Drehbewegung um eine Achse der Schalteinrichtung ausführbar ist. Der Schraubring wird über die Betätigungshülse und das Betätigungsblech rotativ betätigt. Die Betätigungshülse und das Betätigungsblech sind miteinander verbunden und können um die Gewindehülse gedreht werden. Wie bereits erwähnt, besitzt zu diesem Zweck das Betätigungselement an einem Umfang mindestens ein Segment, das mit Zähnen versehen ist, an denen ein Aktuator angreift, um somit das Betätigungsblech zusammen mit der Betätigungshülse um einen bestimmten Winkelbereich zu schwenken.
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In einer Ausführungsform ist die Gewindehülse mit mindestens einer Lasche versehen, mit der die Gewindehülse an einem Gehäuseteil ortsfest festgelegt ist. Damit verbleibt die Gewindehülse stets fest am Gehäuse.
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In einer Ausführungsform ist zwischen einem Montagering des Betätigungsblech und dem äußeren Segmentabschnitt eine segmentartige Verbindung vorgesehen. Diese segmentartige Verbindung ist gekrümmt ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass die segmentartige Verbindung mit der mindestens einen Lasche der Gewindehülse zusammenwirkt und somit einen Anschlag für die Begrenzung der Drehbewegung bildet. Auch diese gekrümmte Ausbildung der segmentartigen Verbindung ermöglicht einen platzsparenden Einbau des Betätigungsblechs in axialer Richtung.
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In einer Ausführungsform umfasst oder ist das Synchronisationssystem zumindest eine Einkonus-Synchronisation.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat mindestens eines der Zahnräder eine topfförmige Ausnehmung ausgebildet. Die topfförmige Ausnehmung ist durch eine äußere Wand, eine innere Wand und eine Stirnwand definiert. Die äußere Wand und die innere Wand sind parallel zur Achse der Getriebewelle. Die Stirnwand ist senkrecht zur Achse ausgerichtet. Jedes der Zahnräder hat an einer Außenfläche der äußeren Wand eine Zahnung ausgeformt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist in der topfförmigen Ausnehmung ein erster Kupplungskörper mit der Stirnwand und der inneren Wand fest verbunden. Gegenüberliegend ist an dem anderen Zahnrad ein zweiter Kupplungskörper fest angebracht. Somit ist das Synchronisationssystem zwischen dem ersten Kupplungskörper und dem zweiten Kupplungskörper angeordnet. Das Synchronisationssystem ist dabei in der Betriebsstellung zumindest teilweise innerhalb der topfförmigen Ausnehmung angeordnet. Zumindest der äußere Segmentabschnitt des Betätigungsblechs, der die Zahnung trägt, überragt dabei mindestens eines der Zahnräder in radialer Richtung. So kann an der Zahnung ein Antrieb angreifen und die Betätigungshülse in Drehung versetzen beziehungsweise schwenken.
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Der Vorteil der Anordnung der Synchronisationseinrichtung in der Ausnehmung mindestens eines Zahnrads hat den Vorteil, dass eine interne Axialkraftabstützung (innerhalb der Zahnräder) erreicht wird. Durch diese Anordnung wird somit eine Gewichtsreduzierung erreicht, da Zwischenwände oder Gehäusewände nicht entsprechend dick ausgebildet sein müssen, um diese bedeutenden Axialkräfte aufzufangen.
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Ein weiterer Vorteil liegt in der erforderlichen Blechdicke der Befestigungslaschen. Üblicherweise sind die Schaltgabeln massiv und steif konstruiert, damit sie die Axialkraft an die Schiebemuffe übertragen können. Da die Axialkräfte gemäß der Erfindung intern ausgeglichen sind, müssen die Laschen des Betätigungsblechs im Wesentlichen nur die Momente abstützen und können dadurch dünn dimensioniert werden. Die Schalteinrichtung ist daher axial sehr kompakt und leicht. Ebenso wird durch die Anordnung der Schalteinrichtung in der topfförmigen Ausnehmung eines der Zahnräder eine äußerst vorteilhafte Anordnung erreicht, da ein minimaler Axialabstand zwischen den Zahnrädern erreicht wird, der letztendlich durch die Blechdicke des Betätigungsblechs bestimmt ist.
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Im Folgenden sollen Ausführungsbeispiele die Erfindung und ihre Vorteile anhand der beigefügten Figuren näher erläutern. Die Größenverhältnisse in den Figuren entsprechen nicht immer den realen Größenverhältnissen, da einige Formen vereinfacht und andere Formen zur besseren Veranschaulichung vergrößert im Verhältnis zu anderen Elementen dargestellt sind. Dabei zeigen:
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1 eine teilweise Schnittansicht zumindest eines Teils eines Getriebes der Schalteinrichtung in Bezug zu den Zahnrädern und der Getriebewelle;
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2 eine geschnittene Explosionsdarstellung der Anordnung der Zahnräder sowie der Elemente der Schalteinrichtung zum Erreichen der Synchronisation zwischen den Zahnrädern;
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3 eine perspektivische Ansicht der Gewindehülse in Verbindung mit einem Gehäuseteil;
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4 eine perspektivische Ansicht des Schraubrings gemäß der Erfindung;
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5 eine perspektivische Ansicht des Zusammenwirkens des Schraubrings, der Gewindehülse und der Betätigungshülse mit dem Betätigungsblech, im Teilschnitt;
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6 eine Schnittansicht der Schalteinrichtung in Verbindung mit den Zahnrädern und der Getriebewelle, wobei die Schalteinrichtung eine Einkonus-Synchronisierung umfasst;
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7 eine perspektivische Schnittansicht zumindest eines Teils des Getriebes der Schalteinrichtung in Verbindung mit den Zahnrädern mit der Einkonus-Synchronisierung aus 6;
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8 eine Schnittansicht zumindest eines Teils des Getriebes mit einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schalteinrichtung, die einen Abstützring umfasst;
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9 eine perspektivische Ansicht im Schnitt der Ausführungsform, die den Abstützring aus 8 verwendet;
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10 eine perspektivische Ansicht des in 8 und 9 verwendeten Abstützrings;
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11 eine perspektivische Ansicht des zusammengebauten Getriebes, wobei das Betätigungsblech einen Segmentabschnitt mit einer Zahnung ausgebildet hat, über die die Betätigungshülse gedreht werden kann;
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12 eine Draufsicht auf das in 11 verwendete Betätigungsblech;
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13 eine perspektivische Ansicht des zusammengebauten Getriebes, wobei der äußere Segmentabschnitt des Betätigungsblechs mit der Zahnung in einem geschlossenen Ring angeordnet ist;
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14 eine Draufsicht für die Ausführungsform des Betätigungsblechs, welches in 13 verwendet ist;
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15 eine Schnittansicht einer weiteren möglichen Ausführungsform der Schalteinrichtung mit einem Abstützring;
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16 grafische Darstellung des Axialkraftverlaufs der Schalteinrichtung mit einer Einkonus-Synchronisierung; und
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17 grafische Darstellung des Axialkraftverlaufs der Schalteinrichtung mit einer Dreikonus-Synchronisierung.
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Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden identische Bezugszeichen verwendet. Ferner werden der Übersicht halber nur Bezugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind. Die nachstehende Beschreibung verwendet die Begriffe erstes Zahnrad und zweites Zahnrad, was nicht dahingehend verstanden werden soll, dass das Getriebe lediglich aus einem ersten und einem zweiten Zahnrad besteht. Die Bezeichnung erstes Zahnrad und zweites Zahnrad wird lediglich zur besseren Verständlichkeit der Beschreibung der Zeichnungen verwendet und soll nicht als eine Beschränkung der Erfindung aufgefasst werden.
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In 1 ist ein Teilschnitt zumindest eines Teils eines Getriebes 50 zu sehen, bei dem die erfindungsgemäße Schalteinrichtung 100 in das Getriebe 50 eingesetzt ist. Die Schalteinrichtung 100 ist zwischen einem ersten Zahnrad 2 und einem zweiten Zahnrad 3 des Getriebes 50 angeordnet. Das erste Zahnrad 2 und das zweite Zahnrad 3 sind an einer Getriebewelle 1 gelagert. Mit dem ersten Zahnrad 2 ist ein erster Kupplungskörper 16 fest verbunden. Ebenso ist mit dem zweiten Zahnrad 3 ein zweiter Kupplungskörper 17 fest verbunden. Zwischen dem ersten Kupplungskörper 16 und dem zweiten Kupplungskörper 17 ist ein Synchronisationssystem 200 angeordnet. In der in 1 gezeigten Ausführungsform besteht das Synchronisationssystem 200 aus einer Mehrkonus-Synchronisation. Durch die Verwendung einer Mehrkonus-Synchronisation kann die Schaltkraft (Axialkraft) gering gehalten werden. Die in 1 gezeigte Darstellung des Synchronisationssystems 200 ist eine Dreikonus-Synchronisation 40. Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform hat das erste Zahnrad 2 eine topfförmige Ausnehmung 22 ausgebildet. In der topfförmigen Ausnehmung 22 wird die Synchronisationseinrichtung 200 im Wesentlichen (fast komplett) aufgenommen werden. Dies hat den Vorteil, dass man dadurch eine Baulängenreduzierung des Getriebes 50 in axialer Richtung A erzielt. Ferner ist in 1 zu erkennen, dass das Synchronisationssystem 200 in der Betriebsstellung zumindest teilweise innerhalb der topfförmigen Ausnehmung 22 angeordnet ist. Der äußere Segmentabschnitt 14 des Betätigungsblechs 7 mit der Zahnung 25 überragt mindestens eines der Zahnräder 2, 3 in radialer Richtung R. Das Synchronisationssystem 200 umfasst einen Schiebemuffenträger 4 und eine in axialer Richtung A bewegliche Schiebemuffe 5. Das Synchronisationssystem 200 ist zumindest teilweise derart innerhalb einer topfförmigen Ausnehmung 22 eines der Zahnräder 2 oder 3 angeordnet, dass eine Abstützung von Axialkräften K zwischen bzw. innerhalb des ersten Zahnrads 2 (drehendes Bauteil) und/oder des zweiten Zahnrads 3 (drehendes Bauteil) erfolgt.
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2 zeigt eine Explosionsdarstellung der in 1 gezeigten Ausführungsform des Getriebes 50. Die Schalteinrichtung 100 besteht aus dem Schiebemuffenträger 4, dem ersten Kupplungskörper 16 am ersten Zahnrad 2, dem zweiten Kupplungskörper 17 am zweiten Zahnrad 3 und der Synchronisationseinrichtung 200 (siehe 1). Bei der in 1 und 2 gezeigten Ausführungsform besteht die Synchronisationseinrichtung 200 aus der Schiebemuffe 5, mit der der Schraubring 6 fest verbunden ist, der Gewindehülse 9 und der Betätigungshülse 8 mit dem Betätigungsblech 7. Ferner ist beidseits der Synchronisationseinrichtung 200 in axialer Richtung jeweils eine Dreikonus-Synchronisation 40 vorgesehen. Die Dreikonus-Synchronisation 40 besteht aus einem Zwischenring 41, der zwischen einem äußeren Synchronisationsring 42 und einem inneren Synchronisationsring 43 eingesetzt ist. Die Zwischenringe 41 der beiden Dreikonus-Synchronisationen 40 sind jeweils formschlüssig am Schiebemuffenträger 4 verdreh-gesichert angeordnet, um Reibmomente übertragen zu können. Ferner sind am Schiebemuffenträger 4 an dessen Umfang mehrere Druckstücke 44 vorgesehen, die als Arretierung für die Dreikonus-Synchronisation 40 wirken sollen.
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Die Betätigung der Schiebemuffe 5 in Richtung der Achse 20 erfolgt durch einen Gewindemechanismus. Der Gewindemechanismus besteht aus dem Schraubring 6, der mit der Schiebemuffe 5 fest verbunden ist. Das mindestens eine Gewindestück 12 des Schraubrings 6 greift dabei in einen dafür vorgesehenen Gewindeschlitz 11 der Gewindehülse 9. Die Gewindehülse 9 ist dabei derart konstruiert, dass es sich in Richtung der Achse 20 links oder rechts abstützen kann. Bei der in 1 gezeigten Darstellung erfolgt die Axialabstützung der Gewindehülse 9 rechts am zweiten Zahnrad 3.
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Die Betätigungshülse 8, welche mit dem Betätigungsblech 7 verbunden ist, umschließt die Gewindehülse 9. Die Betätigungshülse 8 hat eine Aussparung 13 ausgebildet, in der jeweils ein Gewindestück 12 hineinragt (siehe 5). Bei Betätigung der Betätigungshülse 8 können die Gewindestücke 12 des Schraubrings 6 sich immer in den Gewindeschlitzen 11 der Gewindehülse 9 bewegen. Aufgrund dieser Bewegung erhält man eine Axialverschiebung der Schiebemuffe 5. Durch das Betätigungsblech 7 wird der Betätigungshülse 8 eine rotative Bewegung D aufgeprägt. Die rotative Drehbewegung D der Betätigungshülse 8 wird in eine Verschiebung in axialer Richtung A der Schiebemuffe 5 umgewandelt (siehe 5).
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Bei der in 2 gezeigten Ausführungsform ist die Schiebemuffe 5 in einen ersten Teil 5.1 und einem zweiten Teil 5.2 getrennt. Die Trennung der Schiebemuffe 5 in den ersten Teil 5.1 und den zweiten Teil 5.2 ist erforderlich, damit der Schraubring 6 in der Schiebemuffennut 19 (siehe 1) montiert werden kann. Der erste Teil 5.1 und der zweite Teil 5.2 der Schiebemuffe 5 sind fest miteinander verbunden und halten somit den Schraubring 6 fest an der Schiebemuffe 5.
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3 zeigt eine Ausführungsform der Gewindehülse 9, die bei der erfindungsgemäßen Schalteinrichtung 100 verwendet wird. Die Gewindehülse 9 bleibt dabei immer fest am Gehäuse 21 verankert. Die Gewindehülse 9 hat hierzu mindestens eine Lasche 15 ausgebildet, über die sie fest mit dem feststehenden Gehäuse 21 beziehungsweise Gehäuseteil verbunden werden kann. Bei der hier gezeigten Ausführungsform sind zwei Laschen 15 an der Gewindehülse 9 angebracht. Jede Lasche 15 hat eine Bohrung 28 ausgeformt, durch die mittels einer Schraube oder anderem Montagemittel (nicht dargestellt) die Gewindehülse 9 lösbar und fest mit dem Gehäuse 21 verbunden werden kann. Die Gewindehülse 9 hat bei der in 3 gezeigten Ausführungsform in einer Hülsenwand 10 zwei Gewindeschlitze 11 ausgebildet.
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4 zeigt eine perspektivische Ansicht des Schraubrings 6. Bei der hier gezeigten Ausführungsform trägt der Schraubring 6 zwei Gewindestücke 12. Damit die Gewindestücke 12 in den in 3 gezeigten Gewindeschlitzen 11 der Gewindehülse 9 laufen können, haben diese entsprechende Gewindeflanken 32 ausgeformt. Obwohl bei der hier gezeigten Ausführungsform des Gewinderings 6 zwei Gewindestücke 12 vom Schraubring 6 getragen sind, soll dies nicht als eine Beschränkung aufgefasst werden. Der Schraubring 6 kann gemäß der Erfindung ein oder mehrere Gewindestücke 12 tragen. Entsprechend der Anzahl der Gewindestücke 12 ist eine entsprechende Anzahl von Gewindeschlitzen 11 in der Hülsenwand 10 der Gewindehülse 9 ausgebildet.
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5 zeigt eine perspektivische Teilansicht des Zusammenwirkens des Schraubrings 6, der Gewindehülse 9 und der Betätigungshülse 8. Der Schraubring 6 wird mittels der Betätigungshülse 8 und des Betätigungsblechs 7 rotativ aktuiert. Die Betätigungshülse 8 und das Betätigungsblech 7 sind fest miteinander verbunden und können um die Gewindehülse 9 gedreht werden. Um der Betätigungshülse 8 eine Drehbewegung D aufzuprägen, ist das Betätigungsblech 7 mit einem Segmentabschnitt 14 versehen, an dem eine Zahnung 18 ausgebildet ist. Ein Aktor (nicht dargestellt) wirkt mit der Zahnung 18 zusammen und versetzt somit die Betätigungshülse 8 in die erforderliche Drehbewegung D um die Achse 20. Wie bereits in der Beschreibung zu 4 aufgeführt, sind die Gewindestücke 12 des Schraubrings 6 so ausgelegt, dass dessen Gewindeflanken 32 in den Gewindeschlitzen 11 der Gewindehülse 9 geführt werden können. Die Betätigungshülse 8 umgibt die Gewindehülse 9, und die Gewindestücke 12 des Schraubrings 6 passen dabei in die jeweiligen Aussparungen 13 der Betätigungshülse 8. Die Aussparung 13 der Betätigungshülse 8 ist dabei derart ausgebildet, dass eine Drehbewegung D der Betätigungshülse 8 auf das Gewindestück 12 übertragen wird. Gleichzeitig ist neben der Drehbewegung D der Betätigungshülse 8 eine Bewegung des Gewindestücks 12 in axialer Richtung A möglich. Die Bewegung des Gewindestücks 12 in axialer Richtung A wird durch deren Bewegung in den Gewindeschlitzen 11 erzielt. Der Gewindering 6 überträgt die Bewegung der Gewindestück 12 in axialer Richtung A auf die Schiebemuffe 5, so dass dadurch eine Verschiebung der Schiebemuffe 5 in axialer Richtung A erzielt wird.
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Zwischen dem äußeren Segmentabschnitt 14 und dem Montagering 31 ist eine segmentartige Verbindung 30 vorgesehen. Diese segmentartige Verbindung 30 ist gekrümmt, damit die radiale und segmentartige Verbindung 30 zusammen mit der mindestens einen Lasche 15 der Gewindehülse 9 einen Anschlag für die Drehbewegung D des Betätigungsblechs 7 bildet. Durch die Krümmung der radialen, segmentartigen Verbindung 30 wird erreicht, dass der äußere Segmentabschnitt 14 des Betätigungsblechs 7 mit der Zahnung 18 auf einer anderen radialen Ebene liegt als die radiale und segmentartige Verbindung 30. Die radiale und segmentartige Verbindung 30 liegt somit auf der gleichen radialen Ebene wie die Laschen 15.
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Dadurch ist es möglich, den Anschlag zu erzielen. Die Ausgestaltung mit der gekrümmten radialen, segmentartigen Verbindung 30 hat den Vorteil, dass dadurch der maximale Axialabstand zwischen dem ersten Zahnrad 2 und dem zweiten Zahnrad 3 im Wesentlichen nur durch die Blechdicke des Betätigungsblechs 7 bestimmt ist. Ferner ist der Betätigungsmechanismus zur Umwandlung einer Drehbewegung D in eine Bewegung axialer Richtung A sehr kompakt. Ferner erreicht man eine Gewichtsersparnis des gesamten Getriebes 50.
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Wie aus der Beschreibung zu 2 und 3 ersichtlich ist, ist ein Reibring 45 mit der Gewindehülse 9 verbunden. Der Reibring 45 wird auf der Seite der Gewindehülse 9 angebracht, um die Gewindeschlitze 11 zu verschließen. Für die Montage des Gewinderings 6 mit dessen Gewindestücken 12 sind die Gewindeschlitze 11 auf einer Seite offen. Für den Verschluss dieser Gewindeschlitze wird dann der Reibring 45 formschlüssig und drehfest mit der Gewindehülse 9 verbunden. Eine andere Ausführungsform der Gewindehülse 9 ist, dass diese Gewindehülse 9 im monierten Zustand einteilig ausgebildet ist und die Gewindeschlitze 11 auf beiden Seiten der Gewindehülse 9 nicht offen sind (siehe hierzu 3). In diesem Fall muss für die Montage der Schraubring 6 zweiteilig ausgestaltet sein. Bei der Montage werden die beiden Teile der Gewindehülse 9 permanent verbunden, so dass die einteilige Gewindehülse 9 vorliegt.
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6 und 7 zeigen eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schalteinrichtung 100 des Getriebes 50, bei der die Einkonus-Synchronisation 60 verwendet wird. Die Einkonus-Synchronisation 60 hat im Gegenteil zur Dreikonus-Synchronisation 40 (siehe 2 oder 8) erhöhte Reibkräfte bei der Betätigung der Synchronisation. Der Axialkraftverlauf bei der Einkonus-Synchronisation 60 ist in 16 und der Axialkraftverlauf bei der Dreikonus-Synchronisation 40 ist in 17 dargestellt. Bei der in den 6 und 7 dargestellten Ausführungsform ist ein erster Abschnittskörper 61 und ein zweiter Abschnittskörper 62 vorgesehen, die beide auf dem Schiebemuffenträger 4 aufgesetzt sind. Durch den ersten Abschnittskörper 61 ist auch gleichzeitig eine Reibfläche beziehungsweise Abstützfläche mit dem ersten Zahnrad 2 gegeben. Wie aus den 6 und 7 hervorgeht, erfolgt die Abstützung im Innern des ersten Zahnrads 2. Mit dem ersten Abschnittskörper 61 (drehendes Bauteil) werden z.B. die Axialkräfte K am ersten Zahnrad 3 (drehend) abgestützt. Mit dem zweiten Abstützkörper 62 werden die Axialkräfte K abgestützt.
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8 und 9 zeigen eine Ausführungsform der Schalteinrichtung 100, die eine Dreikonus-Synchronisation 40 verwendet. Hier ist ein Abstützring 47 verwendet, der am Schiebemuffenträger 4 eingehängt ist. Die in den 8 und 9 dargestellte Ausführungsform der Schalteinrichtung 100 mit dem Abstützring 47 ist besonders vorteilhaft für benachbarte Zahnräder 2 und 3, die einen großen Stufensprung aufweisen. Bei der hier gezeigten Darstellung ist zwischen dem ersten Zahnrad 2 und dem zweiten Zahnrad 3 ein großer Stufensprung ausgebildet. Somit ist eine Axialabstützung am zweiten Zahnrad 3 nicht möglich. Diese Axialabstützung der Axialkräfte K wird durch den drehenden Axialring 47 (drehendes Bauteil) übernommen.
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10 zeigt eine perspektivische Detailansicht des Abstützrings 47, der bei der in den 8 und 9 offenbarten Ausführungsform verwendet wird. Der Abstützring 47 trägt eine Vielzahl von Armen 46, die an einem freien Ende 48 eines jeden Arms 46 eine Umkantung 49 ausgeformt haben. Die Arme 46 sind am Abstützring 47 nicht gleich verteilt angeordnet. In mindestens einem Bereich 55 fehlt mindestens einer dieser Arme 46. Der mindestens eine Bereich 55 dient zur Aufnahme der Druckstücke 44 (siehe hierzu 2). Die Umkantungen 49 der Arme 46 dienen zur Montage des Abstützrings 47 am Schiebemuffenträger 4 (siehe hierzu 8 und 9). Der Schiebemuffenträger 4 hat hierzu einen Absatz 56 ausgebildet, den die Umkantungen 49 der Arme 46 des Abstützrings 47 hintergreifen (siehe hierzu 8 und 9).
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11 zeigt das Getriebe 50 in der zusammengebauten Form. Zwischen dem ersten Zahnrad 2 und dem zweiten Zahnrad 3 ist eine mögliche Ausführungsform des Betätigungsblechs 7 vorgesehen. Der Segmentabschnitt 14 des Betätigungsblechs 7 mit der Zahnung 18 sowie die Lasche 15 überragen das Niveau des ersten Zahnrads 2 und des zweiten Zahnrads 3.
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12 zeigt die in 11 verwendete Ausführungsform des Betätigungsblechs 7. Vom Montagering 31 des Betätigungsblechs 7 führt eine segmentartige Verbindung 30 zum Segmentabschnitt 14, der die Zahnung 18 für den Antrieb des Betätigungsblechs 7 und somit der Betätigungshülse 8 (hier nicht dargestellt) trägt. Der Betätigungswinkel liegt bei der in 12 gezeigten Ausführungsform bei etwa +/–60°. Der Betätigungswinkel kann mittels unterschiedlicher Gewindesteigung angepasst werden. Bei der in 11 gezeigten Ausführungsform des Getriebes 50 hat die Gewindehülse 9 (hier nicht dargestellt) einen einzigen Gewindeschlitz 11 ausgebildet.
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13 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Betätigungsblechs 7, das zwischen dem ersten Zahnrad 2 und dem zweiten Zahnrad 3 des Getriebes 50 angeordnet ist.
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Die Ausführungsform des bei dieser Ausführungsform verwendeten Betätigungsblechs 7 ist in 14 in der Draufsicht dargestellt. Hier schließt sich an den Segmentabschnitt 14 mit der Zahnung 18 ein weiterer Segmentabschnitt 58 an, der keine Zahnung trägt. Der Segmentabschnitt 14 mit der Zahnung und der Segmentabschnitt 58 ohne Zahnung bilden somit einen geschlossenen Ring. Zur Erzielung einer Stabilität des Betätigungsblechs 7 ist zwischen dem Segmentabschnitt 14 mit der Zahnung 18 und dem Montagering 31 eine segmentartige Verbindung 30 vorgesehen. Ebenso ist zwischen dem Segmentabschnitt 58, der keine Zahnung trägt, und dem Montagering 31 eine segmentartige Verbindung 30 vorgesehen.
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Die Ausgestaltung des Betätigungsblechs 7 der Ausführungsform der 14 hat den Vorteil, dass das Betätigungsblech 7 nicht 360° abdecken darf. Dies könnte beispielsweise dann der Fall sein, wenn es zu einer Kollision mit einer parallel angeordneten Getriebewelle (hier nicht dargestellt) kommen könnte.
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15 zeigt eine weitere Ausführungsform der Ausgestaltung der Schalteinrichtung 100. Die Gewindehülse 9 hat eine Abkantung 9A ausgebildet. Der Absatz 9A der Gewindehülse 9 wirkt mit einem Absatz 17A des zweiten Kupplungskörpers 17 zusammen. Bei der in 15 gezeigten Ausführungsform ist das zweite Zahnrad 3 im Durchmesser derart klein bemessen, dass eine Abstützung am zweiten Zahnrad 3 nicht möglich ist, deshalb wird hier vorteilhafter Weise die Abstützung am zweiten Kupplungskörper 17 hergestellt.
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16 zeigt eine grafische Darstellung des Axialkraftverlaufs in einem Punkt P1 der Schalteinrichtung 100 mit einer Einkonus-Synchronisierung. Die Schaltkraft ist dabei aufgetragen als Funktion des Schaltwegs. Um das zweite Zahnrad 3 zu synchronisieren, treten Reibflächen 70 des zweiten Kupplungskörpers 17 und Reibflächen 70 des Synchronrings 42 miteinander in Kontakt. Der zweite Kupplungskörper 17 hat eine Schaltverzahnung 17Z und der Synchronisationsring 42 hat Sperrzähne 42Z ausgebildet. Die Sperrzähne 42Z und die Schaltverzahnung 17Z treten in Wirkzusammenhang und synchronisieren somit das zweite Zahnrad 3. In der Neutralstellung ➀ ist eine gewisse Schaltkraft bereits notwendig, um eine Vorsynchronisierung ➁ einzuleiten. Bis die Synchronisierung ➂ erreicht ist, steigt die Schaltkraft an, wobei sich parallel dazu die Schaltmuffe 4 bewegt und somit einen entsprechenden Schaltweg zurücklegt. Wenn nun die Verzahnung ➃ zwischen den Sperrzähnen 42Z und der Schaltverzahnung 17Z erfolgt, wird wieder ein Anstieg der Schaltkraft verzeichnet. Bei der Verzahnung ➃ fällt die Schaltkraft ab und steigt letztendlich bei Erreichen der Endposition ➄ wieder etwas an, um in etwa das Niveau der Schaltkraft in der Neutralstellung ➀ zu erreichen.
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17 zeigt den Axialkraftverlauf bei einer Schalteinrichtung 100 mit einer Dreikonus-Synchronisation 40. Der Axialkraftverlauf wird dabei in einem Punkt P2, der an der Stelle des Zusammenwirkens des Gewinderings 6 und der Schaltmuffe 5 liegt, gemessen. Ebenso wird ein Axialkraftverlauf in einem Punkt P3 gemessen, der der Stelle entspricht, an der die Gewindehülse 9 das zweite Zahnrad 3 berührt. In der Neutralstellung ➀ hat bei der Dreikonus-Synchronisierung 40 der Axialkraftverlauf den Wert 0 und steigt zu einem gewissen Maß bei der Vorsynchronisierung ➁ an. Bei der Synchronisierung ➂ wird ein Maximum erreicht, welches dann bei weiter fortschreitendem Schaltweg wieder im Wesentlichen auf 0 abfällt. Bei Erreichen der Verzahnung ➃ zwischen den Sperrzähnen und der Schaltverzahnung wird wieder ein Anstieg der Schaltkraft erkennbar, welcher wieder abfällt und letztendlich bei Erreichen der Endposition ➄ wieder ansteigt. Bei dem im Punkt P3 gemessenen Axialkraftverlauf wird bemerkt, dass ein Teil der Axialkraftverlauf über den Schaltweg durch die Gewindehülse 9 übernommen wird, die sich am zweiten Zahnrad 3 abstützt. Der übernommene Axialkraftbereich hängt vom Axialspiel und der Axialsteifigkeit der Laschen 15 der Gewindehülse 9 ab. Die Restkraft 80, die nicht durch die Gewindehülse 9 abgestützt wird, wird intern im Getriebe 50 abgestützt. Summiert man den Axialkraftverlauf im Punkt P2 und den Axialkraftverlauf im Punkt P3 der Dreikonus-Synchronisierung 40 zu den Reibungsverlusten auf, erhält man die Axialkraft plus die Reibungsverluste der Dreikonus-Synchronisation 40. Aus der Aufsummierung wird ersichtlich, dass die gesamten Reibungsverluste des Konzepts der Dreikonus-Synchronisierung 40 trotz der zusätzlichen Reibstelle kleiner als die Reibverluste einer Standard Einkonus-Synchronisierung 60 werden.
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Die Erfindung wurde in Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen beschrieben. Es ist für einen Fachmann jedoch selbstverständlich, dass Änderungen und Abwandlungen gemacht werden können, ohne dabei den Schutzbereich der nachstehenden Ansprüche zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Getriebewelle
- 2
- erstes Zahnrad
- 3
- zweites Zahnrad
- 4
- Schiebemuffenträger
- 4A
- Absatz
- 5
- Schiebemuffe
- 5.1
- erster Teil
- 5.2
- zweiter Teil
- 6
- Schraubring
- 7
- Betätigungsblech
- 8
- Betätigungshülse
- 9
- Gewindehülse
- 9A
- Abkantung
- 10
- Hülsenwand
- 11
- Gewindeschlitz
- 12
- Gewindestück
- 13
- Aussparung
- 14
- Segmentabschnitt
- 15
- Lasche
- 16
- erster Kupplungskörper
- 17
- zweiter Kupplungskörper
- 17Z
- Schaltverzahnung
- 18
- Zahnung
- 19
- Schiebemuffenut
- 20
- Achse
- 21
- Gehäuseteil
- 22
- topfförmige Ausnehmung
- 23
- äußere Wand
- 24
- innere Wand
- 25
- Zahnung
- 26
- Stirnwand
- 27
- Außenfläche
- 28
- Bohrung
- 30
- Verbindung
- 31
- Montagering
- 32
- Gewindeflanken
- 40
- Dreikonus-Synchronisation
- 41
- Zwischenring
- 42
- äußerer Synchronisationsring
- 42Z
- Sperrzähne
- 43
- innerer Synchronisationsring
- 44
- Druckstücke
- 45
- Reibring
- 46
- Arme
- 47
- Abstützring
- 48
- freies Ende
- 49
- Umkantung
- 50
- Getriebe
- 55
- Bereich
- 56
- Absatz
- 58
- Segmentabschnitt
- 60
- Einkonus-Synchronisation
- 70
- Reibflächen
- 80
- Restkraft
- 100
- Schalteinrichtung
- 200
- Synchronisationssystem
- A
- axiale Richtung
- D
- Drehbewegung
- P1
- Punkt
- P2
- Punkt
- P3
- Punkt
- R
- radiale Richtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011007266 A1 [0002]
- DE 102014215708 A1 [0003]
- DE 202016100792 U [0004]