DE2909123A1

DE2909123A1 - Schaltkupplung fuer zahnraeder-wechselgetriebe

Info

Publication number: DE2909123A1
Application number: DE19792909123
Authority: DE
Inventors: Friedrich Schreiner
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1979-03-08
Filing date: 1979-03-08
Publication date: 1980-09-11
Also published as: GB2043806B; GB2043806A; IT1136482B; IT8046823A0; US4280370A

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltkupplung nach dem Gattungsbegriff von Anspruch 1.

Bekannt sind nach der DE-PS 16 30 452 Klauenschaltkupplungen in Schaltgetrieben mit mehreren Vorgelegewellen, die zwischen einer Haupt- oder Abtriebswelle und den ständig im Eingriff stehenden Zahnrädern angeordnet sind und die in Verbindung mit einer zentralen Synchronisiereinrichtung die synchronisierte Schaltung der einzelnen Zahnrädern gewährleisten. Der Aufbau einer solchen Einrichtung ist aufgrund der zentralen Synchronisierung sehr kompliziert, die Schaltwege sind sehr groß und eine solche Einrichtung baut auch axial sehr lang. Darüber hinaus ist eine normale Schaltung, in der durch Verschieben der Schaltwelle die Gassen und durch Verdrehen derselben die Gänge geschaltet werden, nicht verwendbar, zumindest nicht auf einfache Weise.

Eine Sperrung der Schaltung bei noch nicht erreichtem Gleichlauf erfolgt in dieser Einrichtung auch nicht und der für die Schaltung der Klauen notwendige Gleichlauf der ineinandergreifenden Klauen oder Zähne wird nur über die starke Anschrägung der Klauen erreicht. Trotz der in dieser Einrichtung auftretenden, relativ geringen Massen zur Erzielung des Gleichlaufes für den ersten Teil der Schaltung sind erhebliche Ratschgeräusche und damit ein hoher Verschleiß unvermeidbar. Der zweite Teil der Drehzahlangleichung erfolgt dann über einen Mechanismus in Verbindung mit einer Lamellenkupplung.

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Weiter sind Klauenschaltkupplungen nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 bekannt (z. B. Mack"Tt^L-107), die für eine einfache Schaltung {Gassen- und Gangschaltung) geeignet sind. Es handelt sich bei diesem Getriebe aber um einfache Klauenschaltungen ohne Sperrung und schon gar nicht um Synchronisieroder Sperrsynchronisier-Kupplungen.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Schaltkupplung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 zu schaffen, die in ihrem Aufbau relativ einfach und robust ist und damit sich kostengünstig herstellen und unterhalten läßt, die sich sowohl als Sperrklauen-Sperrsynchronisier- und auch als einfache Synchronisierkupplung eignet, in einfacher Weise sich über eine Drehwellenschal te inrichtung schalten läßt und die axial sehr kurz baut.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Die Anordnung der Schaltmuffe direkt auf der Haupt- oder Abtriebswelle drehfest, jedoch axial verschiebbar und die Koppelung dieser Schiebemuffe direkt mit der Kuppelverzahnung von zumindest einem Zahnrad ermöglicht einen sehr kurzen und auch einfachen Weg für die übertragung der Leistung von dem Zahnrad auf die Abtriebswelle. Je nach Erfordernis kann die Schaltkupplung mit einem Synchronisier- oder Sperring ausgebildet werden, so daß sich in Verbindung mit der Schiebemuffe und dem Zahnrad/

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den Zahnrädern eine Sperrklauen-Sperrsynchronisier- oder Synchronisierkupplung ergibt. Auch die einteilige Ausführung des Synchronisier- oder Sperringes für das Zusammenwirken mit zwei Zahnrädern fördert den einfachen robusten Aufbau und die kostengünstige Herstellung. Die dauernd im Eingriff stehenden Zahnräder lassen sich nach der Erfindung sehr eng zusammenrücken und der Bauraum für die Schaltkupplung, der für alle Kupplungsarten gleich gestaltet werden kann, befindet sich radial zwischen dem Zahnrad/den Zahnrädern und der Abtriebswelle, Die Baulänge des Getriebes wird also an dieser Stelle nur durch die Zahnräder bestimmt, die Kupplung selbst verlängert das Getriebe also nicht oder in Ausnahmefällen nur geringfügig.

Nach Anspruch 2 wird die Erfindung in der Ausführung einer Sperrsynchronisier-Schaltkupplung weiter günstig ausgestaltet. Zwei Zähne der Schiebemuffe werden dabei vorzugsweise dreimal am Umfang nur einseitig, und zwar nach innen angeschrägt, sind leicht zurückgesetzt und arbeiten mit einer Sperreinrichtung und deren Sperrschrägen am Synchronisierring zusammen. Dabei kann diese Sperreinrichtung ein Teil des Synchronisierringes oder mit diesem verbunden sein. Die Neutralstellung des Synchronisierringes zur Schiebemuffe wird dabei über ein durch eine Feder belastetes, in radialer Richtung nach innen bewegliches Druckstück im Zusammenwirken mit einer Ausnehmung in der Schiebemuffe erreicht. Das Druckstück kann dabei in vorteilhafter Weise eine Hülse mit konisch ausgebildetem Boden

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sein, wobei die Hülse gleichzeitig die Druckfeder aufnimmt. Das Druckstück kann bei zweiteiliger Ausführung von Sperreinrichtung und Synchronisierung deren Verbindung übernehmen.

In der Ausführung als Sperrklauen-Schaltkupplung nach Anspruch 3 sind die jeweils zwei zurückgesetzten Zähne nicht angeschrägt und arbeiten mit den Sperrklauen einer Sperrklaueneinrichtung zusammen.

Besonders dann, wenn diese Schaltkupplung in einem über Hilfskraft geschalteten Getriebe eingesetzt werden soll, kann die Sperreinrichtung wegfallen und die Schaltkupplung mit einem einfachen Synchronisierring mit zwei Synchronisierschrägen bei zwei schaltbaren Zahnrädern, wie nach Anspruch 4, ausgeführt werden.

In der Sperrsynchonisier-Schaltkupplung nach Anspruch 5 und der Sperrklauen-Schaltkupplung nach Anspruch 6 wirken alle Zähne der Schiebemuffe als Schaltzähne. Es ist also weder etwa dreimal am Umfang ein Zahn zu entfernen noch das Zurücksetzen oder Anschrägen der dieser Lücke benachbarten Zähne nötig. Dafür sind auch evtl. dreimal am Umfang zwei Schaltzähne in radialer Richtung in der Mitte mit einer Nut versehen, in der ein Sperrstein gelagert ist. Dieser Sperrstein ist Teil eines Synchron- oder Sperringes oder zumindest mit diesem Ring verbunden und hat einen kreuzförmigen Querschnitt.

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Nach Anspruch 6 und in zweiteiliger Ausführung des Synchronringes mit den z. B. drei Sperrsteinen ergibt sich eine von der Herstellung aus gesehen besonders günstige Lösung, weil keinerlei weitere Verarbeitung nötig ist. Die Verbindung des Synchronringes mit den Sperrsteinen kann dabei auch über ein als Hülse ausgebildetes Druckstück erfolgen, daß ja für die Zentrierung des Synchronringes zur Schiebemuffe in Neutralstellung schon nötig ist.

In der Ausbildung als Sperrsynchronesier-Kupplung sind zwar noch die inneren, einander zugekehrten Ecken, die sich durch die Einbringung der Nut ergeben, abzuschrägen und der Sperrstein muß die damit zusammenwirkenden Schrägen ebenfalls haben, aber selbst in dieser Ausführung nach Anspruch 5 ist der Aufbau noch sehr einfach und kostengünstig herstellbar.

Im folgenden ist die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung erläutert.
Es zeigen:

Fig. 1 einen Teilschnitt durch eine Schaltkupplung nach I bis I, Fig. 2, der Erfindung.

Fig. 2 einen Schnitt durch eine teilweise dargestellte Abwicklung nach der Linie II bis II aus Fig. 1 in der Ausführung nach Anspruch 2.

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Fig. 3 einen Schnitt nach Pig. 2, jedoch in der Ausführung nach Anspruch 3.

Fig. 4 einen Schnitt nach Fig. 2, jedoch in der Ausführung nach Anspruch 4.

Fig. 5 einen Schnitt nach Fig. 2, jedoch in der Ausführung nach Anspruch 5.

Fig. 6 einen Schnitt nach Fig. 2, jedoch in der Ausfüh-. rung nach Anspruch 6.

Die in Fig. 1 im Teilschnitt gezeigte Schaltkupplung 10 ist geeignet für die Ausgestaltung zu einer Sperrsynchronisier-, Sperrklauen- und einer einfachen Synchronisier-Kupplung. Nur die Synchronisier- oder Konusflächen 42, 52 bzw. 43, 53 an den Zahnrädern 4 und 5 sowie die damit zusammenwirkenden Synchronisier- oder KonusflächenfäS/SS^S^¹)Sperr- oder Synchronisierring 3,9 sind, je nach Aufgabe, unterschiedlich im Winkel gestaltet.

Wird eine Schaltung eingeleitet, die mit einer Verzahnung 21 auf der Verzahnung 11 der Welle 1 drehfest gelagerte Schiebemuffe 2, also z. B. nach links bewegt, wird über die Wirkung des Druckstückes 8 und die Ausnehmung 25 in der Schiebemuffe 2 der Synchronring 3 aus der Neutralstellung heraus mit-

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-.33g.

genommen, bis die beiden Synchronf lächen^v - am Synchronring 3 und am Zahnrad 4 - sich berühren. Bei NichtSynchronismus wird dabei der Synchronring 3 mit der Sperreinrichtung 31 z. B, in die Lage nach Fig. 2 mitgenommen. Einer der zwei nebeneinanderliegenden , zurückgesetzten und nach innen abgeschrägten 24 Sperrzähne 23 verhindert im Zusammenwirken mit den Sperrschrägen der Sperreinrichtung 31 die Schaltung solange, bis über die Synchronisierflächen 42, 33 Gleichlauf zwischen dem Zahnrad 4 und der Schiebemuffe 2 erzielt ist. Die Sperrwirkung zwischen Sperrzahn 23 und Sperreinrichtung 31 wird aufgehoben, wenn durch den anhaltenden Druck der Schiebemuffe 2 der Synchroni« sierring 3 zurückgedreht wird und die Sperreinrichtung 31 mit der größten Breite zwischen die beiden Sperrzähne gelangt. Nunmehr können die symmetrisch angeschrägten Schaltzähne 22 der Schiebemuffe 2 in die Schaltverzahnung 41 des Zahnrades 4, die ebenfalls angeschrägt sind, eingreifen und die Leistung kann von dem Zahnrad 4 über die Schiebemuffe 2 auf die Welle 1 übertragen werden. Das Druckstück 8, das unter der Wirkung

der Feder 7 steht wird dabei infolge der konischen' Form der Ausnehmung 25 nach außen gedrückt.

Der völlig gleiche Ablauf ergibt sich nach Anspruch 5 und Fig. 5, nur daß in dieser Ausführung alle Zähne 22, 27 der Schiebemuffe 2 Schaltzähne sind und mindestens einmal am Umfang zwei dieser Schaltzähne durch die Mitte in radialer Richtung eine Nut 270 haben. Die jeweils zwei innenliegenden und dem anderen Zahn zugekehrten Ecken eines Zahnes 27 sind abge-

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schrägt 271 und wirken mit Sperrschrägen 350 von Sperrsteinen zusammen. Beim Gleichlauf ist auch nach Anspruch 5 und Fig. die Schaltung möglich, weil die größte Breite der Sperrsteine geringfügig kleiner als der Abstand von Schaltzahn 22, 27 zu Schaltzahn 22, 27 ist und die Schaltbewegung nicht mehr hemmen.

Bei der Ausgestaltung der Schaltkupplung 10 mit einem Sperring 9 sind die Konusflächen 43, 53 an den Zahnrädern 4,5 wie auch die Konusflächen 93 am Sperring 9 in einem sehr geringen Winkel angeordnet, der gerade ausreicht, den Sperring bei Nichtsynchronismus mit in die Sperrstellung zu nehmen, wie es z. B. aus Fig. 3 und Anspruch 3 und Fig. 6 und Anspruch 6 zu ersehen ist. Ist der Gleichlauf von außen durch Gasgeben oder Abbremsen erreicht worden und dreht durch Umkehr der Relativdrehzahl der Sperring 9 in die entgegengesetzte Richtung, wird die Sperrwirkung der Sperrklauen 94 der Sperrklaueneinrichtung 95, die mit den Stirnseiten 260 der Sperrzähne 26 zusammenwirken, aufgehoben und die Schaltzähne 22 können unter dem Schaltdruck der Schiebemuffe 2 in die Lücken der Schaltverzahnung 41 eingreifen.

Nach Fig. 6 und Anspruch 6 ist lediglich der Sperrstein 96 durch die Sperrflächen 97 anders gestaltet, ähnlich wie schon unter Anspruch 5 und Fig. 5 beschrieben. Es wird deshalb auf eine Wiederholung des schon Gesagten verzichtet.

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Die Schaltkupplung 10 nach Anspruch 4 und Fig. 4 hat keine Sperreinrichtung bei NichtSynchronismus und wird deshalb für Handschaltungen heute fast nicht mehr eingesetzt. Aber überall dort, wo die Schaltungen mit Hilfskraft durchgeführt werden, kann diese Art der Schaltkupplung zur Vereinfachung beitragen.

Alle nach außen gerichteten Zähne 22 der Schiebemuffe 2 -sind Schaltzähne und der Synchronisierring 3 hat eine Mitnahmeverzahnung 34. Da keine Sperreinrichtung vorhanden ist, wird die Schaltung in zwei Abschnitten, vorzugsweise über eine Hilfskraft, herbeigeführt - Synchronisierung, formschlüssige Schaltung -, wie allgemein bekannt.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern es sind auch andere Lösungen einer Schaltkupplung mit einer Schiebemuffe und nur einem Synchronring denkbar.

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12.02.1979
T-PA pz-hg

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Claims

ZAHNRADFABRIK FRIEDRICHSHAFEN 2909123 Aktiengesellschaft
Friedrichshafen

Schaltkupplung für Zahnräder-Wechselgetriebe

P a te ntan spräche

( 1.) Schaltkupplung für Zahnräder-Wechselgetriebe mit mehreren, um die koaxiale An- und Abtriebswelle angeordneten Vorgelegewellen, bei dem die dauernd im Eingriff stehenden Zahnräder der Hauptwelle (Abtriebswelle) über die Zahnräder der Vorgelegewellen von einem Zahnrad auf der Antriebswelle angetrieben werden und durch die Schaltkupplung die Hauptwelle wahlweise zugeschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltkupplung (10) aus einer direkt mit der Hauptwelle (1) drehfest verbundenen, jedoch axial verschiebbaren Schaltmuffe (2) und nur einem Synchronring (3) besteht, daß die Schaltmuffe (2) und der Synchronring (3) in radialer Richtung zwischen Hauptwelle (1) und den Zahnrädern (4, 5) gelagert ist und daß disersre Schaltkupplung (10) in an sich bekannter Weise als Sperrsynchronisier-, Sperrklauen- oder Synchronisier-Schaltkupplung ausgebildet ist.

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,: 909123 •J.
2. Schaltkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmuffe (2) mit ihrer Innenverzahnung (21) drehfest auf der mit einer Außenverzahnung (11) versehenen Hauptwelle (1) axial verschiebbar angeordnet ist, eine, mit der in Richtung der Schaltmuffe beiderseitig angeschrägten Kupplungsverzahnung (41, 51) der Zahnräder (4, 5) zusammenwirkende, in Richtung der Kupplungsverzahnung (41, 51) gleichfalls angeschrägte, in radialer Richtung außenliegende Schaltverzahnung (22) hat, daß einige dieser Zähne (23) gegenüber den Schaltzähnen in axialer Richtung zurückgesetzt, vorzugsweise auch nur paarweise nach innen einseitig angeschrägt sind und daß diese Schrägen (24) mit den Sperrschrägen (32) einer Sperreinrichtung (31), die Teil des Synchronringes (3) oder mit diesem verbunden ist , zusammenwirkt, daß dieser Synchronring (3), der gegenüber der Schiebemuffe (2) begrenzt drehbar gelagert ist, radial nach außen liegende, im Querschnitt dachförmige, nach dem Rand zu geneigte Synchronflächen (33,33'*)hat, die mit den Synchronflächen (42, 52) der Zahnräder (4, 5) zusammenwirken und daß in diesem Synchronring (3), vorzugsweise an den Sperreinrichtungen (31), unter dem radial nach innen gerichteten Druck einer Feder (7) gelagerte Druckstücke (8) zumindest im Wirkbereich dieser Druckstücke (8) in die Schaltmuffe (2) eingebrachte Ausnehmungen (25) drücken, wenn die Schaltkupplung sich in Neutralstellung befindet.

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3. Schaltkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmuffe (2) mit ihrer Innenverzahnung (21) drehfest, jedoch auf einer, mit einer Außenverzahnung (11) versehenen Hauptwelle (1) axial verschiebbar angeordnet ist, eine, mit der in Richtung der Schaltmuffe beiderseitig angeschrägten Kupplungsverzahnung (41, 51) der Zahnräder (4, 5) zusammenwirkende, in Richtung der Kupplungsverzahnung (41, 51) gleichfalls angeschrägte, in radialer Richtung außenliegende Schaltverzahnung (22) hat, daß einige dieser Zähne als Sperrzähne (26) gegenüber den Schaltzähnen (22) paarweise in axialer Richtung zurückgesetzt und nicht angeschrägt sind und daß die Stirnseiten (260) dieser Sperrzähne (26) mit den Sperrklauen (94) einer Sperrklaueneinrichtung (95), die Teil des Sperringes (9) oder mit diesem verbunden ist , zusammenwirkt, daß dieser Sperring (9), der gegenüber der Schiebemuffe (2) begrenzt drehbar gelagert ist, radial nach außen liegende, im Querschnitt dachförmige, nach dem Rand zu geneigte Konus flächen (9 3,9 3*)hat, die mit den Konusflächen (43, 53) der Zahnräder (4, 5) zusammenwirken und daß in diesem Sperrring (9), vorzugsweise an.den Sperreinrichtungen (95), unter dem radial nach innen gerichteten Druck einer Feder (7) gelagerte Druckstücke (8) zumindest im Wirkbereich dieser Druckstücke (8) in die Schaltmuffe (2) eingebrachte Ausnehmungen (25) drücken, wenn die Schaltkupplung sich in Neutralstellung befindet.

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J.
4. Schaltkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmuffe (2) mit ihrer Innenverzahnung (21) drehfest auf der mit einer Außenverzahnung (11) versehenen Hauptwelle axial verschiebbar angeordnet ist, eine, mit der in Richtung der Schaltmuffe beiderseitig angeschrägten Kupplungsverzahnung (41, 51) der Zahnräder (4, 5) zusammenwirkende, in Richtung der Kupplungsverzahnung (41, 51) gleichfalls angeschrägte, in radialer Richtung außenliegende Schaltverzahnung (22) hat, daß diese Verzahnung gleichzeitig in eine innenliegende Mitnahmeverzahnung (34) des Synchronringes (3) eingreift, der radial nach außen liegende, im Querschnitt dachförmige, nach dem Rand zu geneigte Synchronflächen(33,33^l)hat, die mit den Synchronflächen (42, 52) der Zahnräder (4, 5) zusammenwirken und daß in diesem Synchronring (3), vorzugsweise im Bereich der Verzahnung, unter einem radial nach innen gerichteten Druck einer Feder (7) gelagerte Druckstücke (8) in die Schaltmuffe (2) eingebrachte Ausnehmungen (25) drücken, wenn die Schaltkupplung sich in Neutralstellung befindet.
5. Schaltkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmuffe (2) mit ihrer Innenverzahnung (21) drehfest auf der mit einer Außenverzahnung (11) versehenen Hauptwelle (1) axial verschiebbar angeordnet ist, eine, mit der in Richtung der Schaltmuffe beiderseitig angeschrägten Kupplungsverzahnung (41, 51) der Zahn-Akte 5573 030037/0408

räder (4, 5) zusammenwirkende, in Richtung der Kupplungsverzahnung (41, 51) gleichfalls angeschrägte, in radialer Richtung außenliegende Schaltverzahnung (22) hat, daß einige dieser Zähne (27) in radialer Richtung in der Mitte eine Nut aufweisen, daß die inneren Stirnflächen (270) von paarweise zusammenstehenden Zähnen (27) jeweils Innenabschrägungen (271) haben und daß diese mit entsprechenden Sperrschrägen (350) von Sperrsteinen (35) zusammenwirken, die Teile des Synchronringes (3) oder mit diesem verbunden sind, daß dieser Synchronring (3), der gegenüber der Schiebemuffe (2) begrenzt drehbar gelagert ist, radial nach außen liegende, im Querschnitt dachförmige, nach dem Rand zu geneigte Synchronflächen (33,33') hat, die mit den Synchronflächen (42, 52) der Zahnräder (4, 5) zusammenwirken und daß in diesem Synchronring (3), vorzugsweise an den Sperrsteinen (35), unter dem radial nach innen gerichteten Druck einer Feder (7) gelagerte Druckstücke (8), zumindest im Wirkbereich dieser Druckstücke in die Schaltmuffe (2) eingebrachte Ausnehmungen (25) drücken, wenn die Schaltkupplung sich in Neutralstellung befindet.
6. Schaltkupplung nach Anspruch l_t d a d u χ C h g e — kennzeichnet, daß die Schaltmuffe (2) mit ihrer Innenverzahnung (21) drehfest auf der mit einer AüBenverzahnung (11) versehenen Hauptwelle (1) axial verschiebbar angeordnet ist, eine, mit der in Richtung der Schaltmuffe beiderseitig angeschrägten Kupplungsverzahnung (41, 51) der Zahn-Akte 5573 030037/04 08

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räder (4, 5) zusammenwirkende, in Richtung der Kupplungsverzahnung (41, 51) gleichfalls angeschrägte, in radialer Richtung außen liegende Schaltverzahnung (22) hat, daß einige dieser Zähne (27) in radialer Richtung in der Mitte eine Nut aufweisen, daß die innere Stirnfläche (270) von paarweise zusammenstehenden Zähnen (27) mit entsprechenden Sperrflächen (97) von Sperrsteinen (96) zusammenwirken, die Teil des Sperringes (9) oder mit diesem verbunden sind, daß dieser Sperring (9), der gegenüber der Schiebemuffe (2) begrenzt drehbar gelagert ist, radial nach außen liegende, im Querschnitt dachförmige, nach dem Rand zu geneigte Konusflächen(93,93')hat, die mit den Konusflächen (43, 53) der Zahnräder (4, 5) zusammenwirken und daß in diesem Sperring (9), vorzugsweise an den Sperrsteinen (96), unter dem radial nach innen gerichteten Druck einer Feder (7) gelagerte Druckstücke (8) in zumindest im Wirkbereich dieser Druckstücke in die Schaltmuffe (2) eingebrachte Ausnehmungen (25) drücken, wenn die Schaltkupplung sich in Neutralstellung befindet.

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