EP2079947A2

EP2079947A2 - Vorrichtung zum führen eines drehmomentes

Info

Publication number: EP2079947A2
Application number: EP07820837A
Authority: EP
Inventors: Matthias Reisch; Mark Mohr; Ralf Dreibholz; Gerhard Gumpoltsberger
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2006-10-19
Filing date: 2007-10-02
Publication date: 2009-07-22
Also published as: CN101529136B; DE102006049273A1; WO2008046735A3; US20090301243A1; US8245590B2; WO2008046735A2; CN101529136A; DE102006049273B4

Abstract

Es wird eine Vorrichtung (1) zum Führen eines Drehmomentes von einer ersten Welle (2) auf eine zweite Welle (3) einer Getriebeeinrichtung, insbesondere eines Vorgelegegetriebes, mit einem auf der ersten Welle (2) über eine Lagereinrichtung (4) drehbar gelagerten ersten Zahnrad (5), welches in montiertem Zustand mit einem auf der zweiten Welle (3) angeordneten zweiten Zahnrad (6) in Eingriff steht, beschrieben. Das erste Zahnrad (5) ist in einen zugeschalteten Zustand überführbar, in dem das erste Zahnrad (5) mit der ersten Welle (2) drehfest verbunden ist. Erfindungsgemäß ist dem ersten Zahnrad (5) neben der Lagereinrichtung (4) eine Abstützeinrichtung (18) zugeordnet, über welche an dem ersten Zahnrad (5) zumindest in zugeschaltetem Zustand angreifende Kippmomente in die erste Welle (2) einleitbar und abstützbar sind.

Description

Vorrichtung zum Führen eines Drehmomentes

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Führen eines Drehmomentes von einer ersten Welle auf eine zweite Welle einer Getriebeeinrichtung, insbesondere eines Vorgelegegetriebes, gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.

Aus der Praxis bekannte Vorgelegegetriebe, Doppelkupplungsgetriebe, automatisierte Schaltgetriebe, Handschaltgetriebe oder dergleichen, sind üblicherweise mit auf einer Welle drehbar gelagerten Zahnrädern ausgeführt, welche mit einer weiteren Welle drehfest verbunden Zahnrädern in Eingriff stehen und so genannte Zahnradpaarungen ausbilden. Durch wechselweises drehfestes Verbinden der drehbar auf der Welle gelagerten Zahnräder sind die Zahnradpaarungen zur Darstellung unterschiedlicher Gangstufen eines Vorgelegegetriebes in den Kraftfluss eines Vorgelegegetriebes über entsprechende Schaltelemente, wie Synchronisierungen, Klauen oder Reibelemente, zuschaltbar.

Die Betätigung der zum Zuschalten der Zahnradpaarungen vorgesehenen Schaltelemente erfolgt dabei in Bezug auf die Welle, auf welcher die drehbar gelagerten Zahnräder bzw. Losräder eines Vorgelegegetriebes angeordnet sind, mechanisch, hydraulisch, pneumatisch oder magnetisch von außen oder von innen.

Die DE 102 06 584 A1 , die DE 43 25 964 A1 sowie die DE 103 02 502 A1 stellen hierbei allgemeinen Stand der Technik hinsichtlich der Betätigung von Schaltelementen aus dem Inneren einer Welle heraus zum Zu- bzw. Abschalten von Losrädern bzw. Zahnradpaarungen dar. Eine Betätigung der Schaltelemente einer Getriebeeinrichtung von außen wird üblicherweise über Schaltgabeln oder ähnliches realisiert, wobei eine Betätigung der Schaltelemente aus dem Inneren der die Losräder tragenden Welle im Vergleich zu einer Betätigung der Losräder in Bezug auf die Wellenoberfläche von außen aufgrund der welleninternen Schaltmimik durch einen geringeren Bauraumbedarf in radialer Richtung gekennzeichnet ist. Im Gegensatz dazu weisen Getriebeeinrichtungen mit innerer Betätigung der Losräder im Vergleich zu Getriebeeinrichtungen mit äußerer Betätigung der Schaltelemente in axialer Richtung einen größeren Bauraumbedarf auf.

Dies resultiert aus der Tatsache, dass die Beaufschlagung der Schaltelemente mit der zum Betätigen der Losräder erforderlichen Betätigungskraft aus dem Inneren der die Losräder tragenden Welle heraus zu den ebenfalls auf der die Losräder tragenden Welle angeordneten Schaltelementen, die zwischen den Losrädern vorgesehen sind, zu führen ist. Da weder die Lagerbreiten der auf der Welle angeordneten Losräder noch der axiale Bauraumbedarf der Schaltelemente veränderbar ist und die Führung der Betätigungskraft durch die Welle in diesen Bereichen nur bedingt möglich ist, ist die Betätigung der Schaltelemente von innen in Bereichen der Welle vorzusehen, die nicht von den Losrädern oder den Schaltelementen funktionell beansprucht sind. Das bedeutet, dass freie Bereiche der Welle benötigt werden, die jedoch nur durch eine Verlängerung der Welle zur Verfügung gestellt werden können.

Ein Bauraumbedarf in axialer Richtung einer Getriebeeinrichtung wird dadurch noch weiter erhöht, wenn die Zahnradpaarungen eines Vorgelegegetriebes schrägverzahnt ausgeführt sind, um eine Geräuschentwicklung während eines Betriebes einer Getriebeeinrichtung möglichst gering zu halten. Der erhöhte axiale Bauraumbedarf resultiert daraus, dass im Bereich von zugeschalteten und schräg verzahnten Zahnradpaarungen, über welche von einer Welle zur anderen Welle einer Getriebeeinrichtung Drehmoment übertragen wird, neben Normal- und Umfangskräften auch eine achsversetzte Axialkraft in die Zahnräder eingeleitet wird.

In Fällen, in welchen eine Getriebeeinrichtung ohne symmetrische Wellenanordnung ausgeführt ist, greifen an den zugeschalteten Zahnrädern aus den achsversetzten Axialkräften resultierende Kippmomente an, welche eine Schrägstellung der Zahnräder verursachen. Derartige Schrägstellungen der Zahnräder erhöhen unerwünschterweise eine Geräuschentwicklung im Betrieb einer Getriebeeinrichtung und verringern zudem eine Lebensdauer, wobei diese beiden Phänomene mit steigender Schrägstellung zunehmen, weshalb Schrägstellungen von Zahnrädern nur im Bereich weniger Winkelminuten liegen dürfen.

Eine Schrägstellung der Zahnräder ist möglichst gering, wenn diese über ausreichend steife Lagerungen auf den Wellen gelagert sind, wobei diese Anforderung bei Festrädern konstruktiv einfacher umsetzbar ist als bei Losrädern. Um Lagerungen von Losrädern jeweils mit der gewünschten Steifigkeit auszuführen, sind die Lagerungen von Losrädern mit entsprechenden Lagerbreiten auszubilden. In der Regel werden die Lagerungen von Losrädern aus Kostengründen als breite Nadellager, teilweise als zweireihige Nadellager ausgeführt, wobei die erforderlichen Lagerbreiten der Losräder eine Getriebegesamtlänge nachteilig beeinflussen und in Verbindung mit einer Betätigung der Schaltelemente von innen, d. h. aus der Welle heraus, eine Getriebeeinrichtung einen sehr hohen axialen Bauraumbedarf aufweist.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Führen eines Drehmomentes von einer ersten Welle auf eine zweite Welle einer Getriebeeinrichtung mit einem auf der ersten Welle drehbar gelagerten ersten Zahnrad zur Verfügung zu stellen, mit welcher eine Getriebeeinrichtung mit im Vergleich zu herkömmlich ausgeführten Getriebeeinrichtungen reduzierten axialem Bauraumbedarf ausführbar ist. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe, mit einer Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Führen eines Drehmomentes von einer ersten Welle auf eine zweite Welle einer Getriebeeinrichtung, insbesondere eines Vorlegegetriebes, mit einem auf der ersten Welle über eine Lagereinrichtung drehbar gelagerten ersten Zahnrad, welches in montiertem Zustand mit einem auf der zweiten Welle angeordneten zweiten Zahnrad in Eingriff steht, wobei das erste Zahnrad in einen zugeschalteten Zustand überführbar ist, zu dem das erste Zahnrad mit der ersten Welle drehfest verbunden ist, ist dem ersten Zahnrad eine Abstützeinrichtung zugeordnet, über welche an dem ersten Zahnrad zumindest im zugeschalteten Zustand angreifende Kippmomente neben der Lagereinrichtung in die Welle einleitbar und abstützbar sind.

Damit ist einem so genannten Losrad einer Getriebeeinrichtung, an welchem im Wesentlichen nur in zugeschaltetem Zustand, d. h. in einem drehmomentübertragenden Zustand, nennenswerte Kippmomente angreifen, eine zumindest in zugeschaltetem Zustand neben der Lagerreinrichtung Kippmomente abstützende Abstützeinrichtung zugeordnet, so dass das zugeschaltete Losrad bzw. das erste Zahnrad in zugeschaltetem Zustand mit einer steiferen Lagerbasis ausgeführt ist als im abgeschaltetem Zustand.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Gegenstandes nach der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen und den unter Bezugnahme auf die Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispielen, wobei in der Beschreibung der verschiedenen Ausführungsbeispiele der Übersichtlichkeit halber für bau- und funktionsgleiche Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet werden. Es zeigt:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung zum Führen eines Drehmomentes von einer ersten Welle auf eine zweite Welle eines Vorgelegegetriebes;

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform einer Vorrichtung zum Führen eines Drehmomentes mit einer einem ersten Zahnrad zugeordneten Abstützeinrichtung;

Fig. 3 ein drittes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Führen eines Drehmomentes mit einem Schaltelement zum wechselseitigen Zuschalten zweier als Losräder ausgeführter Zahnräder;

Fig. 4 eine vierte Ausführungsform einer Vorrichtung zum Führen eines Drehmomentes;

Fig. 5 eine fünfte Ausführungsform einer Vorrichtung zum Führen eines Drehmomentes; und

Fig. 6 eine Abwicklung eines Rampensystems einer Betätigungseinrichtung zum Betätigen der Abstützeinrichtung der Vorrichtung gemäß Fig. 5.

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung 1 zum Führen eines Drehmomentes von einer ersten Welle 2 auf eine zweite Welle 3 eines Vorgelegegetriebes mit einem auf der ersten Welle 2 über eine Lagereinrichtung 4 drehbar gelagerten ersten Zahnrad 5, welches in montiertem Zustand mit einem auf der zweiten Welle 3 angeordneten zweiten Zahnrad 6 in Eingriff steht. Dabei ist das erste Zahnrad 5 als ein so genanntes Losrad ausgeführt und über eine Betätigungseinrichtung 7 in einen zugeschalteten Zustand überführbar, in dem das erste Zahnrad 5 mit der ersten Welle 2 drehfest verbunden ist und ein Drehmoment von der ersten Welle 2 auf das erste Zahnrad 5 führbar ist.

Anschließend wird das in das erste Zahnrad 5 eingeleitete Drehmoment über das mit dem ersten Zahnrad 5 in Eingriff stehende zweite Zahnrad 6 übertragen und auf die zweite Welle 3 geführt, da das zweite Zahnrad 6 als ein so genanntes Festrad, welches mit der zweiten Welle 3 drehfest verbunden ist, ausgebildet ist.

Hiervon abweichend ist die Vorrichtung 1 auch in anderen Getriebeeinrichtungen, wie Handschaltgetrieben, automatisierten Schaltgetrieben, Doppelkupplungsgetrieben oder Planetengetrieben, zum Führen eines Drehmomentes von einer ersten Welle auf eine zweite Welle sowie für eine automatisierte Betätigung einer Getriebeeinrichtung während Schaltvorgängen und dergleichen einsetzbar.

Die Betätigungseinrichtung 7 umfasst vorliegend ein in einem Langloch 8 der ersten Welle 2 in axialer Richtung der ersten Welle 2 längs verschieblich angeordneten Bolzen 9, der die erste Welle 2 in radialer Richtung durchgreift und mit einer Schaltmuffe 10 der Betätigungseinrichtung 7 wirkverbunden ist, wobei eine axiale Bewegung des Bolzens 9 eine axiale Bewegung der Schaltmuffe 10 gegenüber der ersten Welle 2 bewirkt.

Die Schaltmuffe 10 ist vorliegend über eine Schiebeverzahnung 1 1 drehfest mit der ersten Welle 2 verbunden, in axialer Richtung der Welle 2 auf dieser verschiebbar angeordnet und an seiner der ersten Welle 2 abgewandten äußeren Umfangsfläche bereichsweise mit einem Zahnprofil 12 ausgeführt, welches bei entsprechender axialer Stellung der Schaltmuffe 10 mit einem Zahnprofil 13 des ersten Zahnrades 5 in Eingriff bringbar ist. Das Zahnprofil 12 der Schaltmuffe 10 und das Zahnprofil 13 des ersten Zahnrades 5 bilden eine so genannte Sperrverzahnung für das erste Zahnrad 5 aus, wobei das erste Zahnrad 5 bei miteinander in Eingriff stehenden Zahnprofilen 12 und 13 aufgrund einer formschlüssigen Verbindung drehfest mit der ersten Welle 2 verbunden ist.

Zusätzlich ist am äußeren Umfang der Schaltmuffe 10 ein im Wesentlichen hohlzylindrisch ausgeführtes Bauteil 14 vorgesehen, dass in der in Fig. 1 dargestellten Position der Schaltmuffe 12 über ein Zahnprofil 15 mit dem Zahnprofil 12 der Schaltmuffe 10 in Eingriff steht und somit drehfest mit der Schaltmuffe 12 sowie der ersten Welle 2 verbunden ist. Darüber hinaus ist eine Relativbewegung zwischen dem Bauteil 14 und der Schaltmuffe 10 über einen über eine Federeinrichtung 16 gegen das Bauteil 14 angefederten Sperrkörper 17 erst ab Überschreiten einer zu der Federkraft der Federeinrichtung 16 äquivalenten und an der Schaltmuffe 10 angreifenden axialen Betätigungskraft möglich.

Das Bauteil 14 stellt vorliegend einen Teil einer dem ersten Zahnrad 5 zugeordneten Abstützeinrichtung 18 dar, über welche an dem ersten Zahnrad 5 zumindest im zugeschalteten Zustand angreifende Kippmomente neben der Lagereinrichtung 4 in die erste Welle 2 einleitbar und abstützbar sind. Die Kippmomente resultieren im Wesentlichen aus den vorliegend mit Schrägverzahnungen ausgeführten und miteinander in Eingriff stehenden Zahnrädern 5 und 6, die sich im zugeschalteten Zustand des ersten Zahnrades 5 hinsichtlich der Geräuschentwicklung und der Lebensdauer der Verzahnungen der beiden Zahnräder 5 und 6 mit zunehmender Schrägstellung der miteinander kämmenden Zahnräder 5 und 6 negativ auswirken.

Um die im Bereich des Losrades bzw. des ersten Zahnrades 5 in zugeschaltetem Zustand des ersten Zahnrades 5 auftretenden Kippmomente in gewünschtem Umfang in die erste Welle 2 einleiten zu können, liegt der Betätigungseinrichtung 7 in Verbindung mit der Abstützeinrichtung 18 jeweils die nachbeschriebene Funktionsweise zu Grunde. Ausgehend von einem vollständig abgeschaltetem Zustand des ersten Zahnrades 5, in welchem sich der Bolzen 9 in einer ersten Schaltstellung SR befindet, ist das Bauteil 14 mit einem vorliegend kegelförmig ausgebildeten Bereich 14A beabstandet zu einem ebenfalls kegelförmig ausgebildeten Bereich 5A des ersten Zahnrades 5 angeordnet.

Bei Vorliegen einer Anforderung zum Zuschalten des ersten Zahnrades 5 bzw. zum drehfesten Verbinden des ersten Zahnrades 5 mit der ersten Welle 2 wird der Bolzen 9 der Betätigungseinrichtung 7 zunehmend in Richtung der in Fig. 1 dargestellten zweiten Schaltstellung SM geführt, wodurch das Bauteil 14 mit seinem Bereich 14A zunehmend in Reibeingriff mit dem Bereich 5A des ersten Zahnrades 5 gebracht wird. Aufgrund des Reibeingriffes zwischen den Bereichen 5A und 14A des ersten Zahnrades 5 und des Bauteiles 14 wird eine Differenzdrehzahl zwischen dem ersten Zahnrad 5 und der ersten Welle 2 mit zunehmender Betätigungskraft der Betätigungseinrichtung 7 ausgeglichen.

Übersteigt die Betätigungskraft der Betätigungseinrichtung 7 die von der Federeinrichtung 16 auf den Sperrkörper 17 aufgebrachte Sperrkraft, wird der Sperrkörper 17 aufgrund einer Relativbewegung der Schaltmuffe 10 gegenüber dem Bauteil 14 in eine die Federeinrichtung 16 aufnehmende Bohrung 19 gedrückt und die Schaltmuffe 10 in axialer Richtung zunehmend in Richtung des in axialer Richtung nicht verschiebbaren ersten Zahnrades 5 verschoben. Mit zunehmendem Verstellweg der Schaltmuffe 10 kommt die Schaltmuffe 10 mit einem vorliegend kegelförmig ausgebildeten Bereich 1 OA mit einem ebenfalls kegelförmig ausgebildeten zweiten Bereich 14B des Bauteils in Anlage. Die Schaltmuffe 10 steht in einer dritten Schaltstellung SL des Bolzens 9 der Betätigungseinrichtung 7 sowohl mit seinem Zahnprofil 12 mit den Zahnprofil 13 des ersten Zahnrades 5 vollständig in Eingriff und liegt zusätzlich spielfrei mit seinem Bereich 10A an dem zweiten Bereich 14B des Bauteils 14 an, wobei das erste Zahnrad 5 in diesen Zustand der Betätigungseinrichtung 7 vollständig zugeschaltet ist.

Ein an dem ersten Zahnrad 5 angreifendes Kippmoment ist somit über den Bereich 5A und den ersten Bereich 14A des Bauteils 14 in das Bauteil 14 der Abstützeinrichtung 18 einleitbar und im Anlagebereich zwischen dem zweiten Bereich 14B des Bauteils 14 und des Bereiches 10A der Schaltmuffe 10 wiederum über die Schaltmuffe 10 auf der ersten Welle in gewünschtem Umfang abstützbar.

Der Bolzen 9 ist vorliegend mechanisch, hydraulisch, pneumatisch, magnetisch oder mittels einer beliebigen Kombination aus den vorgenannten Betätigungsmöglichkeiten betätigbar und in axialer Richtung relativ zu der Welle 2 bzw. zu dem ersten Zahnrad 5 verschiebbar, um das erste Zahnrad 5 in vorbeschriebener Art und Weise zuzuschalten oder durch Verbringen des Bolzens 9 aus seiner dritten Schaltstellung SL in seine erste Schaltstellung SR abzuschalten und die drehfeste Verbindung zwischen dem ersten Zahnrad 5 und der ersten Welle 2 zu lösen.

Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 1 zum Führen eines Drehmomentes von der ersten Welle 2 auf die zweite Welle 3 eines Vorgelegegetriebes, wobei das Bauteil 14 vorliegend scheibenartig ausgebildet ist und über eine Gleitlagereinrichtung 20 in die durch den Doppelpfeil A dargestellten Richtungen relativ zu der ersten Welle 2 verschiebbar ausgeführt ist.

Der Bereich 14A des Bauteils 14 ist vorliegend kegelförmig ausgeführt und steht in zugeschaltetem Zustand des ersten Zahnrades 5 mit dem ebenfalls kegelförmig ausgeführten Bereich 5A des ersten Zahnrades 5 in der in Fig. 2 dargestellten Art und Weise in reibschlüssiger Wirkverbindung. Zusätzlich ist dem ersten Zahnrad 5 auf der dem Bauteil 14 abgewandten Seite ein Wellenbund 21 zugeordnet, der an seiner dem ersten Zahnrad 5 zugewandten Um- fangsfläche 21 A kegelförmig ausgebildet ist und mit einem äquivalent zu dem Bereich 5A des ersten Zahnrades 5 ausgeführten zweiten Bereich 5B zusammenwirkt, womit am ersten Zahnrad 5 angreifende Kippmomente im Bereich des Wellenbundes 21 in derselben Art und Weise wie durch das Bauteil 14 abstützbar sind.

Dabei ist das erste Zahnrad 5 vorliegend auf der ersten Welle 2 in axialer Richtung der ersten Welle 2 verschiebbar angeordnet, so dass das erste Zahnrad 5 bei einem Zuschalten, bei dem das Bauteil 14 durch eine in Fig. 2 nicht näher dargestellte Betätigungseinrichtung 7 gemäß Fig. 1 in Richtung des Wellenbundes 21 verschiebbar ist. Bei einer entsprechenden Anlage des Bauteiles 14 an dem ersten Zahnrad 5 wird das erste Zahnrad 5 in Richtung des ersten Wellenbundes 21 verschoben, wobei in der Endstellung des ersten Zahnrades 5 bzw. im vollständig zugeschalteten Zustand des ersten Zahnrades 5 im Anlagebereich 5B zwischen dem Bereich 5B des Zahnrades 5 und dem Bereich 21 A des Wellenbundes 21 sowie zwischen dem Bereich 14A des Bauteiles 14 und des Bereiches 5A des ersten Zahnrades 5 ein Kräftegleichgewicht vorliegt.

Dabei ist es vorliegend vorgesehen, dass die Schrägen der kegeligen Flächen der Bereiche 5A, 14A, 5B und 21 A kleiner als so genannte Reibwinkel sind, so dass sich das erste Zahnrad 5 beim Lösen der Betätigungseinrichtung 7, d. h. bei einem Abschalten der Betätigungskraft für das Bauteil 14, selbsttätig aus der Anlage mit dem ersten Zahnrad 5 löst und dieses frei drehbar gegenüber der ersten Welle 2 ist. Um einen Lösevorgang des ersten Zahnrades 5 zu unterstützen, ist sowohl zwischen dem Wellenbund 21 und dem ersten Zahnrad 5 sowie zwischen dem ersten Zahnrad 5 und dem Bauteil 14 jeweils eine Federeinrichtung 22A, 22B vorgesehen. Dabei federt die Federeinrichtung 22A das erste Zahnrad 5 in Richtung des Bauteils 14 an, wohingegen die Federeinrichtung 22B das Bauteil 14 mit einer von dem ersten Zahnrad 5 weggerichteten Federkraft beaufschlagt. Bei einer in der Zeichnung nicht näher dargestellten Weiterbildung der in Fig. 2 dargestellten zweiten Ausführungsform der Vorrichtung 1 nach der Erfindung wird das erste Zahnrad 5 neben den reibschlüssigen Verbindungen zwischen dem Zahnrad 5 und dem Wellenbund 21 sowie zwischen dem Zahnrad 5 und dem Bauteil 14 über eine in Fig. 1 näher dargestellte Sperrverzahnung zwischen dem ersten Zahnrad 5 und einer mit der ersten Welle 2 drehfest verbundenen Schaltmuffe hergestellt, um die drehfeste Verbindung des ersten Zahnrades 5 mit der ersten Welle 2 in allen Betriebssituationen eines Vorgelegegetriebes sicher gewährleisten zu können.

In Fig. 3 ist eine dritte Ausführungsform der Vorrichtung 1 zum Führen eines Drehmomentes von der ersten Welle 2 auf die zweite Welle 3 eines Vorgelegetriebes gezeigt, bei der die Schaltmuffe 10 relativ zu der ersten Welle 2 in axialer Richtung in die durch den Doppelpfeil A dargestellten Richtungen verschiebbar ist und mit seinem Zahnprofil 12 mit dem Zahnprofil 13 des ersten Zahnrades 5 oder mit einem Zahnprofil 23 eines dritten Zahnrades 24 in Eingriff bringbar ist, um entweder das erste Zahnrad 5 oder das dritte Zahnrad 24 über einen Formschluss drehfest mit der ersten Welle 2 zu verbinden.

Dabei ist die Schaltmuffe 10 Teil einer Synchronisierung, welche grundsätzlich einen an sich bekannten Aufbau aufweist. In der in Fig. 3 dargestellten zweiten Schaltstellung SM des Bolzens 9 ist die Schaltmuffe 10 weder mit dem ersten Zahnrad 5 noch mit dem dritten Zahnrad 24 formschlüssig verbunden. In der zweiten Schaltstellung SM ist die Schaltmuffe 10 sowohl mit einem ersten Synchronring 25 als auch mit einem zweiten Synchronring 26 über das Zahnprofil 12 formschlüssig verbunden. Die Synchronringe 25 und 26 sind auf ihren der Schaltmuffe 10 abgewandten Außenseiten kegelförmig ausgeführt und mit ihren Kegelflächen jeweils mit einem Gegenkonus eines jeweils mit dem ersten Zahnrad 5 oder dem dritten Zahnrad 24 drehfest verbundenen weiteren Synchronring 27 bzw. 28 reibschlüssig in Wirkverbindung bringbar. Dazu sind die in der mittleren Schaltstellung SM des Bolzens 9 formschlüssig mit der Schaltmuffe 10 verbundenen Synchronringe 25 und 26 durch den über die Federeinrichtung 16 in Richtung der Synchronringe 25 und 26 angefederten Sperrkörper 17 bis zum Erreichen einer zu der Federkraft der Federeinrichtung 16 äquivalenten Kraftkomponente gegen eine Relativbewegung in axialer Richtung gegenüber der Schaltmuffe 10 gesperrt.

Das bedeutet, dass der Synchronring 25 bei einer axialen Verschiebung der Schaltmuffe 10 ausgehend von der zweiten Schaltstellung SM in Richtung der dritten Schaltstellung SL des Bolzens 9 zunehmend mit der kegeligen Fläche des drehfest mit dem ersten Zahnrad 5 verbundenen weiteren Synchronringes 27 in Eingriff gebracht wird, womit eine Drehzahldifferenz zwischen der ersten Welle 2 und dem ersten Zahnrad 5 durch einen Reibeingriff ausgeglichen wird.

Mit zunehmend auf die Schaltmuffe 10 einwirkender Betätigungskraft wird die Federkraft der Federeinrichtung 16 ab Überschreiten einer Schwellkraftkomponente überwunden und der Sperrkörper 17 in die Bohrung 19 gedrückt. In diesem Zustand der Betätigungseinrichtung 7 führt die Schaltmuffe 10 gegenüber dem formschlüssig mit der Schaltmuffe 10 verbundenen Synchronring 25 eine Relativbewegung aus und kommt mit seinem Zahnprofil 12 mit dem Zahnprofil 13 des weiteren Synchronringes 27 in Eingriff. Während der axialen Verschiebung der Schaltmuffe 10 ausgehend von der zweiten Schaltstellung SM des Bolzens 9 in Richtung der dritten Schaltstellung SL wird das vorliegend mit der Schaltmuffe 10 einstückig ausgeführte Bauteil 14 in eine zylindrische Ausnehmung zwischen dem ersten Zahnrad 5 und der ersten Welle 2 geschoben, um an dem ersten Zahnrad 5 angreifende Kippmomente über das Bauteil 14 in die erste Welle 2 einleiten zu können. Wird die Schaltmuffe 10 ausgehend von der zweiten Schaltstellung SM des Bolzens 9 in Richtung der ersten Schaltstellung SR des Bolzens 9 verschoben, wird eine Drehzahldifferenz zwischen der ersten Welle 2 und dem dritten Zahnrad 24 durch zunehmende Reibung zwischen den Synchronringen 26 und 28 ausgeglichen. Nahe des Synchronzustandes zwischen dem dritten Zahnrad 24 und der ersten Welle 2 wird das Zahnprofil 12 der Schaltmuffe 10 mit dem Zahnprofil 23 des weiteren Synchronringes 28, der drehfest mit dem als Losrad ausgeführten dritten Zahnrad 24 verbunden ist, in Eingriff gebracht.

In Fig. 4 ist ein viertes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 1 nach der Erfindung dargestellt, bei welcher das als Losrad ausgeführte erste Zahnrad 5 mit einem mit dem ersten Zahnrad 5 fest verbundenen Abstützelement 29 in einen im Querschnitt wenigstens annähernd u-förmig ausgebildeten Abschnitt 30 des fest mit der ersten Welle 2 verbundenen Bauteiles 14 eingreift, um ein an dem ersten Zahnrad 5 angreifendes Kippmoment in die erste Welle 2 einleiten und dort abstützen zu können.

Dabei greift das Abstützelement 29 mit einem vorliegend scheibenartigen Bereich in den wenigstens annähernd u-förmigen Abschnitt 30 des Bauteils 14 ein. Der scheibenartige Bereich des Abstützelementes 29 ist mit zwei Planflächen 31 , 32 ausgeführt, die jeweils mit einer Planfläche 33 oder 34 des Bauteils 14 zum Abstützen eines an dem ersten Zahnrad 5 angreifenden Kippmomentes in Eingriff kommen. Die Planflächen des Abstützelementes 29 und des Bauteils 14 der Abstützeinrichtung 18 sind in einem kippmomentfreien Zustand des ersten Zahnrades 5 zueinander beabstandet angeordnet, um in einem abgeschalteten Zustand des Zahnrades 5 einen möglichst momentfreien Zustand des ersten Zahnrades 5 darstellen zu können.

Ein fünftes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 ist in Fig. 5 dargestellt, wobei die Abstützeinrichtung 18 der Vorrichtung 1 gemäß Fig. 5 im Wesentlichen der zu Fig. 2 beschriebenen Abstützeinrichtung 18 entspricht, weshalb an dieser Stelle bezüglich des grundlegenden Aufbaus der Abstützeinrichtung gemäß Fig. 5 auf die Beschreibung zu Fig. 2 verwiesen wird.

Die Vorrichtung 1 gemäß Fig. 5 ist mit einer Betätigungseinrichtung 7 ausgeführt, welche ein in Fig. 6 näher dargestelltes Rampensystem aufweist. Die Betätigungseinrichtung 7 durchgreift die erste Welle 2 mit einem in axialer Richtung gegenüber der ersten Welle 2 verschiebbaren Bolzen 9, der über eine in der ersten Welle 2 axial verschiebbar geführte Schaltstange 36 verfahrbar ist. Dabei umfasst die Betätigungseinrichtung 7 neben dem in Fig. 5 dargestellten Bolzen 9 einen weiteren Bolzen 37, der gemeinsam mit dem Bolzen 9 mit einem auf der ersten Welle 2 drehbar und in axialer Richtung verschiebbar gelagerten Betätigungselement 38 zusammenwirkt. Dabei ist das Betätigungselement 38 über die verschiebbar ausgeführten und als Sperrelemente wirkenden Bolzen 9 und 37 in Abhängigkeit einer Schaltstellung der Betätigungseinrichtung 7 drehfest mit der ersten Welle 2 verbindbar oder gegenüber der ersten Welle 2 verdrehbar.

Das ringförmig ausgeführte Betätigungselement 38 ist mit mit einer senkrecht zur Symmetrielinie 39 der ersten Welle 2 stehenden Querschnittebene jeweils einen Winkel einschließenden Flanken 381 bis 392 ausgeführt und steht im Bereich jeweils zwei einander zugewandter Flanken 392 und 381 , 382 und 383, 384 und 385, 386 und 387, 388 und 389 sowie 390 und 391 jeweils mit einem fest mit der ersten Welle 2 verbundenen Betätigungskörper 40 bis 45 derart in Wirkverbindung, dass das Betätigungselement 38 in gegenüber der ersten Welle 2 drehbarem Zustand bei einer Drehzahldifferenz zwischen der ersten Welle 2 und dem ersten Zahnrad 5 das Bauteil 14 mit einer in Eingriffsrichtung mit dem ersten Zahnrad 5 wirkenden Betätigungskraft beaufschlagt. Dabei ist der Winkel zwischen der Querschnittsebene und den Flanken 381 , 383, 385, 387, 389 und 391 bzw. den Flanken 382, 384, 386, 388, 390 und 392 verschieden ausgeführt, da im Schub- und Zugbetrieb unterschiedliche Schleppmomente wirken. Zusätzlich ist zwischen dem Betätigungselement 38 und dem Bauteil 14 eine Federeinrichtung 46 vorgesehen, mittels welcher auf das Bauteil 14 während einer Zuschaltung des ersten Zahnrades 5 eine eine Differenzdrehzahl zwischen dem ersten Zahnrad 5 und der ersten Welle ausgleichende Synchro- nisierungskraft aufbringbar ist. Bei Überschreiten eines Grenzwertes der betäti- gungselementseitigen Betätigungskraft auf das Bauteil 14 wird eine eine Relativbewegung zwischen dem Betätigungselement 38 und dem Bauteil 14 unterbindende Wirkverbindung 47 zwischen der Federeinrichtung 46 und dem Betätigungselement 38 gelöst und das Bauteil 14 wird direkt von dem Betätigungselement 38 in Richtung des ersten Zahnrades 5 betätigt, so dass das erste Zahnrad 5 mit der ersten Welle 2 über die reibschlüssige Verbindung zwischen dem Bauteil 14 und dem ersten Zahnrad 5 drehfest verbunden wird und zusätzlich an dem ersten Zahnrad 5 angreifende Kippmomente über das Bauteil 14 in die erste Welle 2 einleitbar sind.

Generell ist ein als Losrad ausgeführtes Zahnrad eines Vorgelegegetriebes mit der vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Vorrichtung durch Einschieben mindestens eines Zylinderbauteils, eines Kegelbauteils oder durch Anlegen einer Planfläche des ersten Zahnrades an mindestens einer wellenfesten Planfläche in zugeschaltetem Zustand auf der dem Losrad zugeordneten Welle festsetzbar und ein an dem Losrad angreifendes Kippmoment über das eingeschobene Bauteil oder die Planflächen in die Welle einleitbar und dort abstützbar.

Die Betätigung des einzuschiebenden Bauteils bzw. das Anlegen des Losrades an einer Planfläche kann auf einem mechanischen, hydraulischen, pneumatischen, elektromotorischen oder auf einem gemischten Wirkprinzip beruhen, wobei auch ein in Fig. 5 und Fig. 6 dargestelltes Rampensystem zur Betätigung geeignet ist, welches aufgrund von im Betrieb eines Vorgelegege- triebes auftretenden Schleppmomenten das Zahnrad in der vorbeschriebenen Art und Weise festsetzt und abstützt.

Zudem ist die Betätigungskraft zum Festsetzen des Zahnrades über das Bauteil auch mittels eines außerhalb der Welle angeordneten und mit einem entsprechenden Aktor zusammenwirkenden Schaltgestänges auf die betreffenden Bauteile aufbringbar, um ein oder mehrere Losräder in der vorbeschriebenen Art und Weise festzusetzen und ein angreifendes Kippmoment in die den Losrädern zugeordnete Welle einzuleiten und dort abzustützen.

Bezuqszeichen

1 Vorrichtung

2 erste Welle

3 zweite Welle

4 Lagereinrichtung

5 erstes Zahnrad

5A Bereich

5B zweiter Bereich

6 zweites Zahnrad

7 Betätigungseinrichtung

8 Langloch

9 Bolzen

10 Schaltmuffe

1 OA Bereich

11 Schiebeverzahnung

12 Zahnprofil

13 Zahnprofil

14 Bauteil

14A Bereich

14B zweiter Bereich

15 Zahnprofil

16 Federeinrichtung

17 Sperrkörper

18 Abstützeinrichtung

19 Bohrung

20 Gleitlagereinrichtung

21 Wellenbund

21 A Umfangsfläche

22A, B Federeinrichtung Zahnprofil drittes Zahnrad

Synchronring

Synchronring weiterer Synchronring weiterer Synchronring

Abstützelement

Abschnitt

Planfläche

Rampensystem

Schaltstange

Bolzen

Betätigungselement

Symmetrielinie

Betätigungskörper

Federeinrichtung

Wirkverbindung

Flanke

Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung (1) zum Führen eines Drehmomentes von einer ersten Welle (2) auf eine zweite Welle (3) einer Getriebeeinrichtung, insbesondere eines Vorgelegegetriebes, mit einem auf der ersten Welle (2) über eine Lagereinrichtung (4) drehbar gelagerten ersten Zahnrad (5), welches in montiertem Zustand mit einem auf der zweiten Welle (3) angeordneten zweiten Zahnrad (6) in Eingriff steht, wobei das erste Zahnrad (5) in einen zugeschalteten Zustand (5) überführbar ist, in dem das erste Zahnrad (5) mit der ersten Welle (2) drehfest verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass dem ersten Zahnrad (5) eine Abstützeinrichtung (18) zugeordnet ist, über welche an dem ersten Zahnrad (5) zumindest im zugeschalteten Zustand angreifende Kippmomente neben der Lagereinrichtung (4) in die erste Welle (2) einleitbar und abstützbar sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Abstützeinrichtung (18) ein gegenüber dem ersten Zahnrad (5) in axialer Richtung der ersten Welle verschiebbares Bauteil (14) aufweist, das zumindest in zugeschaltetem Zustand des ersten Zahnrades (5) zwischen einem Bereich (5A) des ersten Zahnrades (5) und der ersten Welle (2) angeordnet ist und ein an dem ersten Zahnrad (5) angreifendes Kippmoment über das Bauteil (14) in die erste Welle (2) einleitbar und abstützbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein in zugeschaltetem Zustand des ersten Zahnrades (5) mit dem ersten Zahnrad (5) in Wirkverbindung stehender Bereich (14A) des Bauteiles der Abstützeinrichtung (18) zylinderförmig ausgebildet ist und mit dem ebenfalls zylinderförmig ausgeführten Bereich (5A) des Zahnrades (5) in Eingriff steht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch geken nzeich net, dass ein in zugeschaltetem Zustand des ersten Zahnrades (5) mit dem ersten Zahnrad (5) in Wirkverbindung stehender Bereich (14A) des Bauteiles (14) der Abstützeinrichtung (18) kegelförmig ausgebildet ist und mit dem ebenfalls kegelförmig ausgeführten Bereich (5A) des Zahnrades (5) in Eingriff steht.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch geken nzeich net, dass das Bauteil (14) mittels einer mechanisch, pneumatisch, magnetisch und/oder elektromotorisch betätigbaren Betätigungseinrichtung (7) in axialer Richtung verschiebbar ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch geken nzeich net, dass eine Differenzdrehzahl zwischen dem ersten Zahnrad (5) und der ersten Welle (2) durch einen Reibeingriff zwischen dem Bereich (14A) des Bauteils (14) und dem Bereich (5A) des ersten Zahnrades (5) ausgleichbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch geken nzeichnet, dass das Bauteil (14) über ein Zahnprofil (15) mit einer drehfest mit der ersten Welle (2) verbundenen und in axialer Richtung der ersten Welle (2) verschiebbar auf der ersten Welle (2) angeordneten Schaltmuffe (10) der Betätigungseinrichtung (7) wirkverbunden ist, wobei die Schaltmuffe (10) zum formschlüssigen Zuschalten des ersten Zahnrades (5) mit einem Zahnprofil (12) in Eingriff mit einem Zahnprofil (13) des ersten Zahnrades (5) bringbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch geken nzeich net, dass eine Relativbewegung zwischen dem Bauteil (14) und der Schaltmuffe (10) mittels eines angefederten Sperrkörpers (17) gesperrt ist und erst ab LJ- bersteigen einer definierten und zu der an dem Sperrkörper (17) angreifenden Federkraft äquivalenten Betätigungskraft der Betätigungseinrichtung (7) das Zahnprofil (12) der Schaltmuffe (10) mit dem Zahnprofil (13) des ersten Zahnrades (5) in Eingriff bringbar ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung (7) ein Rampensystem (35) aufweist, welches mit einem auf der ersten Welle (2) drehbar und in axialer Richtung verschiebbar gelagerten Betätigungselement (38) ausgeführt ist, welches über wenigstens einen verschiebbar ausgeführten Bolzen (9, 37) mit der ersten Welle (2) drehfest verbindbar ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement (38) mit wenigstens zwei mit einer senkrecht zu einer Symmetrielinie (39) der ersten Welle (2) stehenden Querschnittsebene einen Winkel einschließenden Flanken (381 bis 392) ausgeführt ist und im Bereich der einander zugewandten Flanken (392 und 381 , 382 und 383, 384 und 385, 386 und 387, 388 und 389, 390 und 391 ) jeweils mit einem fest mit der ersten Welle (2) verbundenen Betätigungskörper (40 bis 45) derart in Wirkverbindung steht, dass das Betätigungselement (38) in gegenüber der ersten Welle (2) drehbarem Zustand bei einer Drehzahldifferenz zwischen der ersten Welle (2) und dem ersten Zahnrad (5) das Bauteil (14) mit einer in Eingriffsrichtung mit dem ersten Zahnrad (5) wirkenden Betätigungskraft beaufschlagt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Betätigungselement (38) und dem Bauteil (14) eine Federeinrichtung (46) vorgesehen ist, mittels welcher auf das Bauteil (14) während einer Zuschaltung des ersten Zahnrades (5) eine eine Differenzdrehzahl zwischen dem ersten Zahnrad (5) und der ersten Welle (2) ausgleichende Syn- chronisierungskraft aufbringbar ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass bei Überschreiten eines Grenzwertes der betätigungselementseitigen Betätigungskraft eine eine Relativbewegung zwischen dem Betätigungselement (38) und dem Bauteil (14) unterbindende Wirkverbindung (47) zwischen der Federeinrichtung (46) und dem Bauteil (14) gelöst wird und das Bauteil (14) direkt von dem Betätigungselement (38) in Richtung des ersten Zahnrades (5) betätigt wird.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein an dem ersten Zahnrad (5) angreifendes Kippmoment über ein mit dem ersten Zahnrad fest verbundenes Abstützelement (29), welches in einen im Querschnitt wenigstens annähernd u-förmig ausgebildeten Abschnitt (30) eines fest mit der ersten Welle (2) verbundenen Bauteils (14) eingreift, in die erste Welle einleitbar und dort abstützbar ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstützelement (29) mit einem scheibenartigen Bereich in den wenigstens annähernd u-förmig ausgebildeten Abschnitt (30) des Bauelementes (14) eingreift, wobei der scheibenartige Bereich mit zwei Planflächen (31 , 32) ausgeführt ist, die jeweils mit einer Planfläche (33 bzw.34) des Bauelementes (14) zum Abstützen eines an dem ersten Zahnrad (5) angreifenden Kippmomentes in Eingriff stehen.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Planflächen (31, 32) des Abstützelementes (29) und die Planflächen (33, 34) des Bauteils (14) der Abstützeinrichtung (18) in einem kippmomentfreien Zustand des ersten Zahnrades (5) zueinander beabstandet angeordnet sind.