-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schaltgetriebe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
-
Aus der
DE 39 39 274 C2 ist ein Getriebe bekannt, bei dem ein erstes und ein zweites schaltbares Zahnrad drehbar auf einer Eingangswelle gelagert sind. Zwischen den beiden Zahnrädern ist eine Festmuffe angeordnet, die eine Außenverzahnung aufweist und die drehfest mit der Eingangswelle verbunden ist. Auf der Festmuffe ist axial verschieblich eine Schiebemuffe angeordnet, die drei Schaltstellungen einnehmen kann, nämlich eine Mittel- bzw. Neutralstellung sowie eine erste bzw. zweite Schaltstellung, in der das erste bzw. zweite Zahnrad über die Schiebemuffe und die Festmuffe drehfest mit der Welle verbunden ist. Zur Erleichterung des „Einspurvorganges” sind die Innenverzahnung der Schiebemuffe und die Außenverzahnung der Festmuffe mit in Achsrichtung angespitzten bzw. abgeschrägten Zähnen versehen.
-
Zum technischen Hintergrund der vorliegenden Erfindung zählen die
DE 32 25 201 A1 ,
EP 423 863 ,
DD 43 964 A1 sowie die
CH 220 382 A .
-
Um bei Handschaltgetrieben ein selbsttätiges Herausspringen eines eingelegten Ganges zu verhindern, sind an den miteinander zusammenwirkenden Innen- und Außenverzahnungen der Schiebemuffe und der Zahnräder sogenannte „Hinterlegungsschrägen” vorgesehen. Die Hinterlegungsschrägen bewirken, dass bei eingelegtem Gang die Schiebemuffe und die Festmuffe in Axialrichtung zusammengezogen werden, was ein Herausspringen des Ganges verhindert.
-
1 zeigt in abgewickelter Darstellung die Innenverzahnung 1 einer Schiebemuffe, die Sperrverzahnung 2 eines Synchronrings und die Außenverzahnung 3 eines mit der Schiebemuffe zusammenwirkenden Zahnrads. In 1 ist eine gelöste Schaltstellung dargestellt, das heißt es ist kein Gang eingelegt. Zum Einlegen eines Ganges wird die Schiebemuffe mit ihrer Innenverzahnung in Axialrichtung zur Außenverzahnung 3 des Zahnrads verschoben. Durch die Sperrverzahnung 2 des Synchronrings wird eine Zahn-auf-Zahnstellung vermieden und sichergestellt, dass die Innenverzahnung 1 in die Außenverzahnung 3 hineingleiten kann.
-
2 zeigt den Zustand bei eingelegtem Gang. Wie aus den 1 und 2 ersichtlich ist, sind die Verzahnungen 1, 3 an den Zahnenden jeweils angespitzt, um den Einspurvorgang zu erleichtern. Ferner weisen die Verzahnungen jeweils sogenannte „Hinterlegungsschrägen” 4, 5 auf, die bei eingelegtem Gang und einer Drehmomentenübertragung die Schiebemuffe und das Zahnrad axial zusammenziehen und ein Herausspringen des eingelegten Ganges verhindern.
-
Die an den „Schaltverzahnungen” der Schiebmuffe und des damit zusammenwirkenden Zahnrades vorgesehenen Hinterlegungsschrägen führen dazu, dass bei eingelegtem Gang ein gewisses Maß an Verdrehspiel zwischen der Innenverzahnung und der Außenverzahnung besteht. Insbesondere bei einer Lastumkehr, das heißt bei einem Wechsel zwischen Zug- und Schubbetrieb macht sich dieses Verdrehspiel durch Klapper- bzw. Klackergeräusche bemerkbar. Diese Klappergeräusche können störend laut sein.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Schaltgetriebe zu schaffen, das hinsichtlich drehspielbedingter Geräuschentstehung verbessert ist.
-
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
-
Das Grundprinzip der Erfindung besteht in einem Schaltgetriebe, bei dem an der Schiebemuffe ein ringförmiges Federelement angeordnet ist, das in der Eingriffsstellung, das heißt bei eingelegtem Gang die Außenverzahnung des Zahnrads radial von außen her berührt. Aufgrund des Verdrehspiels zwischen der Innenverzahnung der Schiebemuffe und der Außenverzahnung des Zahnrads wird zwar weiterhin eine geringfügige Relativverdrehung der beiden Bauteile ermöglicht. Das Federelement erzeugt jedoch bei einer Relativverdrehung im Rahmen des Verdrehspiels ein „Bremsmoment” bzw. ein der Verdrehung entgegenwirkendes Drehmoment. Dieses Gegendrehmoment verringert den „Schlag”, der bei einem Lastwechsel durch Auftreffen der einander zugewandten Zahnflanken der Innenverzahnung und der Außenverzahnung entsteht. Durch die Dämpfung des Lastwechselschlags werden die entstehenden Lastwechselgeräusche deutlich verringert.
-
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist das ringförmige Federelement von außen her auf die Schiebemuffe aufgesetzt. Vorzugsweise weist die Schiebemuffe eine umlaufende Nut auf, in die das ringförmige Federelement eingesetzt bzw. eingeclipst ist. Die Schiebemuffe weist ferner mindestens eine sich im Umfangsrichtung erstreckende schlitzartige Durchgangsöffnung auf, die im Bereich der Nut vorgesehen ist. Ferner weist das ringförmige Federelement mindestens ein radial nach innen, das heißt in Richtung der Außenverzahnung abstehendes Berührelement auf, welches durch die Durchgangsöffnung radial nach innen ragt und die Außenverzahnung berührt. Das Berührelement des Federelements drückt also von außen her gegen die Außenverzahnung des Zahnrads.
-
Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist die Schiebemuffe mehrere solcher Durchgangsöffnungen und das Federelement mehrere solcher Berührelemente auf.
-
Vorzugsweise ist das Federelement zumindest im Bereich der Berührelemente radial elastisch. Beim Aufschieben der Schiebemuffe auf die Außenverzahnung des Zahnrads kommt die Außenverzahnung mit den Berührelementen in Berührung und weitet das Federelement radial auf. Das Federelement kann so dimensioniert sein, dass es in Umfangsrichtung reibschlüssig an der Außenseite der Schiebemuffe anliegt und somit allein durch Reibschluss eine Übertragung eines gewissen Drehmoments ermöglicht. Alternativ oder ergänzend dazu kann vorgesehen sein, dass das Federelement formschlüssig in Drehrichtung mit der Schiebemuffe verbunden ist.
-
Zur Erleichterung des „Einsparvorganges” kann vorgesehen sein, dass die Außenverzahnung und/oder die Berührelemente des Federelementes in Axialrichtung abgeschrägt bzw. abgerundet sind. Dies verringert die Schaltkräfte und erleichtert das aneinander Entlanggleiten der Bauteile.
-
Im folgenden wird die Erfindung im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
-
1, 2 eine Innen- und Außenverzahnung mit Hinterlegungsschrägen in abgewickelter Darstellung bei gelöster Schaltstellung bzw. eingelegtem Gang;
-
3 eine Schiebemuffe mit fünf Durchgangsöffnungen;
-
4 einen Querschnitt der Schiebemuffe der 3;
-
5 ein Federelement in Form eines offenen Ringes;
-
6 die Stellung des Federelements bei gelöster Schaltstellung, das heißt bei ausgelegtem Gang;
-
7 die Stellung des Federelements bei eingelegtem Gang;
-
8 die am Federelement bzw. an der Außenverzahnung auftretenden Kräfte;
-
9 ein Drehmoment-Verdrehwinkeldiagramm zur Erläuterung des Grundprinzips der Erfindung;
-
10a–c ein Zahnrad mit abgeschrägter Zahnform;
-
11a–c ein Federelement mit zahnartigen Berührelementen;
-
12a ein Federelement in Form eines offenen Ringes im montierten Zustand;
-
12b einen Querschnitt der Schiebemuffe mit montierten Federelementen;
-
13 eine Variante des Federelements der 12;
-
14 eine Schiebemuffe mit zwei zahnlosen Abschnitten;
-
15 ein Federelement für eine Schiebemuffe gemäß 14;
-
16a das Federelement in montiertem Zustand;
-
16b das Federelement der 16a im montierten Zustand und in Eingriffsstellung;
-
17 ein Ausführungsbeispiel eines Federelementes mit formschlüssiger Verdrehsicherung; und
-
18 ein Federelement in Form eines geschlossenen Ringes.
-
Die 1 und 2 zeigen das bereits erläuterte Prinzip einer Schaltverzahnung mit Hinterlegungsschrägen.
-
3 zeigt eine Schiebemuffe 6, die eine Innenverzahnung 7 aufweist. Wie aus 4 ersichtlich ist, weist die Schiebemuffe 6 an ihrem Außenumfang mittig eine umlaufende Nut 8 auf, in die zum Beispiel eine Schaltgabel oder Schaltschwinge eingreift mittels der die Schiebemuffe in Axialrichtung zum Ein- bzw. Auslegen eines Ganges verschiebbar ist.
-
Die Schiebemuffe 6 weist in ihren beiden Randbereichen eine erste und eine zweite umlaufende Haltenut 9 bzw. 10 auf, in die ein Federelement einsetzbar ist, was noch näher erläutert wird.
-
Im Grund der Haltenuten 9, 10 sind mehrere in Umfangsrichtung voneinander beabstandete schlitzartige Durchgangsöffnungen vorgesehen. Bei dem Ausführungsbeispiel der 3 sind fünf solcher schlitzartiger Durchgangsöffnungen 11–15 vorgesehen, die beispielsweise mit einem Scheibenfräser 16 hergestellt werden können.
-
5 zeigt ein Federelement 17, das die Form eines offenen Ringes hat. Es kann beispielsweise aus einem Federstahldraht hergestellt sein. Entsprechend den fünf Durchgangsöffnungen 11–15 der Schiebemuffe 6 der 3 weist das Federelement 17 fünf radial nach innen abstehende bogenförmige Berührabschnitte 18–22 auf. Die sich zwischen den Berührabschnitten 18–22 erstreckenden Verbindungsabschnitte 23–26 befinden sich bei montiertem Federelement 17 in einer der beiden Haltenuten 9 oder 10. Die Berührabschnitte 18–22 hingegen ragen durch die Durchgangsöffnungen 11–15 (vgl. 3) radial nach innen.
-
Die 6 und 7 zeigen dies in vergrößerter Darstellung. Der Verbindungsabschnitt 23 des Federelementes 17 erstreckt sich in der Haltenut 9 der Schiebemuffe 6. Der Berührabschnitt 18 des Federelementes 17 ragt durch die Durchgangsöffnung 11 bis in den Bereich der Innenverzahnung 7 der Schiebemuffe 6. Bei eingelegtem Gang greift die Außenverzahnung 3 eines Zahnrads 27 in die Innenverzahnung 7 der Schiebemuffe 6 ein. Wie aus 7 ersichtlich ist, liegt der Berührabschnitt 18 an der radialen Außenseite eines Zahns 28 der Außenverzahnung 3 an. Beim Einspurvorgang, das heißt beim Einlegen des Ganges wird das Federelement 17 im Bereich des Berührabschnittes 18 um den Betrag delta_s radial nach außen aufgebogen. Anders formuliert drückt der Berührabschnitt 18 des Federelements 17 von außen her gegen die Außenverzahnung 3 des Zahnrads 27.
-
Wie aus den 1 und 2 ersichtlich und auch in den 7 und 8 angedeutet ist, besteht zwischen der Innenverzahnung 7 und der Außenverzahnung 3 ein gewisses Verdrehspiel in Umfangsrichtung. Bei einem Lastwechsel erzeugen die aufeinander auftreffenden Zahnflanken einen Lastwechselschlag. Wie aus 8 ersichtlich ist, übt das Federelement 17 mit seinem Berührabschnitt 18 auf den Zahn 28 eine Normalkraft FN aus. Bei einer Relativverdrehung der Schiebemuffe gegenüber dem Zahnrad im Rahmen des konstruktiv vorgegebenen Verdrehspiels entsteht eine Reibkraft FR. Aufgrund der Reibkraft FR entsteht ein Reibmoment, das der Relativverdrehung entgegenwirkt. Das Reibmoment verringert den beim Auftreffen der einander zugewandten Zahnflanken der beiden Verzahnungen entstehenden den Schlag. Somit Ist auch die Geräuschentwicklung geringer als bei herkömmlichen Getrieben.
-
Wie aus 9 ersichtlich ist, ist das für eine Relativverdrehung der Schiebemuffe gegenüber dem Zahnrad im Rahmen des Verdrehspiels erforderliche Drehmoment, das durch die Kurven 29 dargestellt ist, betragsmäßig stets größer als beim Stand der Technik, das heißt ohne Federelement 17, was durch die Kurve 30 dargestellt ist.
-
10a zeigt das Zahnrad 27 mit seiner Außenverzahnung 3. Wie aus den 1, 2 sowie 10b und 10c ersichtlich ist, weisen die Zähne der Außenverzahnung 3 Schrägen 31, 32 auf. Durch die Schrägen 31, 32 sind die Zähne in Axialrichtung angespitzt, was den Einspurvorgang erleichtert. Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel weisen die Zähne der Außenverzahnung an der radialen Außenseite eine weitere Abschrägung 33 auf. Die Zähne der Außenverzahnung 3 fallen zu den Zahnstirnseiten hin ab. Die Abschrägungen 33 stellen sicher, dass die Zähne mit relativ geringer Schaltkraft „unter” die Berührabschnitte (vgl. 5–8) des Federelements gleiten und dieses in Radialrichtung aufweiten können.
-
11a zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem das Federelement 17 ebenfalls ein offener Ring ist. Das Federelement 17 weist zwei diametral gegenüberliegende Berührelemente 18, 19 auf, die hier zahnförmig gestaltet sind. Ferner weist das Federelement 17 radial nach außen abstehende Enden auf, an denen jeweils ein Montageauge bzw. ein Montageloch 33, 34 vorgesehen ist.
-
Wie aus der vergrößerten Darstellung der 11b ersichtlich ist, weisen die zahnförmigen Berührelemente 18, 19 in den Übergangsbereichen zu ihren Stirnflächen 35, 36 Abschrägungen 37–41 auf. Aufgrund der Abschrägungen verringert sich die beim Einspurvorgang erforderliche Schaltkraft.
-
11c zeigt einen Querschnitt durch eines der zahnartigen Berührelemente 18, 19. Deutlich zu erkennen ist, dass die zahnartigen Berührelemente 18, 19 an beiden Stirnseiten Abschrägungen 39, 39' aufweisen.
-
Die genaue Funktion der zahnartigen Berührelemente 18, 19 wird im Zusammenhang mit den 16a, 16b noch näher erläutert.
-
12a zeigt ein der 11a ähnliches Federelement 17 im montierten Zustand auf der Schiebemuffe 6. Die bogenförmigen Berührelemente 18, 19 ragen durch die in der Schiebemuffe 6 vorgesehenen Durchgangsöffnungen in den Bereich der Innenverzahnung 7. Während bei 11a durch die Berührelemente 18, 19 Formschluss hergestellt wird, kommen beim Ausführungsbeispiel der 11a die bogenförmigen Berührelemente 18, 19 am Außenumfang der Außenverzahnung 3 (vgl. 7) reibschlüssig zur Anlage. Die Verdrehspieldämpfung erfolgt also durch Reibschluß.
-
12b zeigt einen Querschnitt durch die Schiebemuffe 6. In die beiden Haltenuten 9, 10 ist jeweils ein Federelement 17, 17' eingesetzt.
-
13 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Federelementes 17 in Form eines offenen Ringes, bei dem die Berührabschnitte 18, 19 jeweils eine Vertiefung bzw. einen Einschnitt 44, 45 aufweisen. Im montierten Zustand und in Eingriffsstellung greift dann eine Zahnspitze der Außenverzahnung des Zahnrads in den zugeordneten Einschnitt 44 bzw. 45 ein. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist somit eine formschlüssige Drehmomentenübertragung von zwei Zahnspitzen über die Einschnitte 44, 45 auf das Federelement 17 und über Reibschluss auf die Schiebemuffe 6 möglich.
-
14 zeigt eine Schiebemuffe 6 mit zwei diametral gegenüberliegenden Durchgangsöffnungen 11, 12. Im Bereich dieser Durchgangsöffnungen 11, 12 weist die Schiebemuffe 6 jeweils einen zahnlosen Abschnitt 42, 43 auf.
-
15 zeigt das zur Schiebemuffe 6 der 14 gehörende Federelement, das analog zu 11a die Form eines offenen Ringes mit zwei zahnartigen Berührelementen 18, 19 aufweist. Im montierten Zustand ragen die zahnartigen Berührelemente 18, 19 des Federelementes 17 durch die Durchgangsöffnungen 11 bzw. 12 hindurch und greifen wie die Zähne der Innenverzahnung 7 in die Außenverzahnung (nicht dargestellt) des Zahnrads ein.
-
16a zeigt das Federelement 17 der 15 in montiertem Zustand. Es ist zu erkennen, dass die Berührungselemente 18, 19 in einer gelösten Schaltstellung, das heißt wenn kein Gang eingelegt ist, etwas weiter radial nach innen hervorstehen als die Zähne der Innenverzahnung 7.
-
16b zeigt eine Eingriffsstellung. Hier greifen die Berührungselemente 18, 19 jeweils zwischen zwei Zähne der Außenverzahnung 3 des Zahnrads 27. Aus 16b ist ersichtlich, dass das Federelement 17 in der Eingriffsstellung im Bereich der Berührelemente 18, 19 geringfügig radial aufgeweitet ist. Die Berührelemente 18, 19 greifen spielfrei jeweils in eine Zahnlücke der Außenverzahnung 3 ein. Bei einem Lastwechsel, das heißt bei einer Relativverdrehung des Zahnrads gegenüber der Schiebemuffe 6 wird das Federelement 17 über die Berührelemente 18, 19 mitbewegt. Das Federelement 17 liegt jedoch insbesondere in einem Bereich 47, der den beiden Enden des Federelements 17 gegenüberliegt, reibschlüssig an der Schiebemuffe 6 an, was zu einer Dämpfung des „Lastwechselschlags” führt.
-
17 zeigt eine Variante des Federelementes 17 der 13. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist in einem Bereich, den beiden radial nach außen abstehenden Enden des Federelementes gegenüberliegt, ein nach innen abstehender „Stift” bzw. „Zahn” 46 vorgesehen, der in eine zugeordnete Vertiefung an der Außenseite der Schiebemuffe eingreift. Der Stift 46 stellt in Drehrichtung eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Federelement 17 und der Schiebemuffe her.
-
Ein solcher zahnartiger Stift 46 kann selbstverständlich alternativ oder ergänzend auch bei anderen Ausführungsbeispielen vorgesehen sein, wie z. B. dem der 11a–c bzw. 14, 15.
-
18 zeigt ein Federelement 17, das im Unterschied zu 5 die Form eines geschlossenen Rings hat.