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Die Erfindung betrifft eine insbesondere zur Verwendung als Rückwärts-Zahnradsatz eines manuell schaltbaren Getriebes dienende Verzahnungsanordnung mit einem Zahnrad, das mit einem anderen Zahnrad zur Drehmomentübertragung in Verzahnungseingriff bringbar ist.
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Verzahnungsanordnungen der genannten Art sind für den Einsatz in Getrieben von Kraftfahrzeugen allgemein bekannt. Zur Drehmomentübertragung wird ein erstes Zahnrad mit einem zweiten Zahnrad durch axiales Verschieben eines der beiden Zahnräder in Verzahnungseingriff gebracht. Beim axialen Verschieben kann es in seltenen Fällen dazu kommen, dass die Zahnräder so zueinander stehen, daß ein Zahn des ersten Zahnrads mit einem Zahn des zweiten Zahnrads fluchtet. Die Stirnseiten der Zahnräder stoßen aneinander, so daß ein weiteres axiales Verschieben und damit der gewünschte Verzahnungseingriff verhindert wird.
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Aus der
DE 2 015 946 ist eine Einrichtung zum Erleichtern des Einspurens von Schieberädern von Getrieben, insbesondere des Rückwärtsgang-Zwischenrads bei Kraftfahrzeug-Wechselgetrieben bekannt. Hierfür ist in Einschieberichtung vor dem Zahnrad ein in Umfangsrichtung begrenzt bewegbares Vorspurelement reibungsschlüssig angeordnet. Bei der Eingriffsbewegung trifft das mit der anderen Getriebewelle umlaufende Schieberad zuerst auf das Vorspurelement, so daß aufgrund der zwischen dem Vorspurelement und dem Zahnrad auftretenden Reibung ein Gleichlauf hergestellt wird.
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Aus der
DE 36 40 450 ist ein Gleitzahnradsatz zur Verwendung im Rückwärts-Zahnradsatz eines manuell schaltbaren Getriebes bekannt. Um ein Blockieren des Verzahnungseingriffs zu verhindern, sind die Zähne der miteinander kämmenden Zahnräder so gestaltet, daß die Spitze der stirnseitigen Vorderkante des Zahnrads gegenüber der Zahnkopflinie nach innen zurückersetzt ist.
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Aus der
DE 196 19 182 A1 ist eine Schaltvorrichtung für ein Wechselgetriebe mit einer Rückwärtsgang-Schaltsperre bekannt. Zur Vermeidung eines unbeabsichtigten Einrückens des Rückwärtsganges durch selbsttätiges Verschwenken einer Schaltschwinge, ist ein Sperrschieber mit einer abgekröpften Sperrzunge vorgesehen. Die Sperrzunge kann in eine Kerbe der schwenkbaren Schaltschwinge eingreifen, so daß eine zuverlässige Festlegung der Rückwärtsgang-Schaltschwinge in allen Vorwärtsgängen gewährleistet ist.
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Die
DE 1 038 086 offenbart ein Großrad für Bahnantrieb mit gegen eine Nabe elastisch abgefedertem Außenring in Form eines Zahnkreuzes. Ähnliche Zahnräder mit elastisch abgefedertem Außenring können der
US 1,725,127 , der
DE 34 19 194 C2 oder der
DE 592 501 entnommen werden.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verzahnungsanordnung, bei der ein Zahnrad mit einem anderen Zahnrad zur Drehmomentübertragung in Verzahnungseingriff bringbar ist, insbesondere für ein Wechselgetriebe eines Kraftfahrzeugs, vorzuschlagen, bei der die Gefahr eines Blockierens der Zahnräder reduziert ist bzw. das ein sicheres Einfädeln ermöglicht.
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Die Lösung besteht in der Merkmalskombination des Anspruchs 1. Die Verzahnungsanordnung weist ein erstes Zahnrad auf, das mit einem zweiten Zahnrad zur Drehmomentübertragung in Verzahnungseingriff bringbar ist, insbesondere für ein Wechselgetriebe eines Kraftfahrzeugs. Das erste Zahnrad umfasst ein Nabenteil mit einer Drehachse, und einen Außenring, der auf dem Nabenteil aufsitzt und eine Verzahnung aufweist, wobei der Außenring gegenüber dem Nabenteil kippbar gehalten ist.
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Mit dem ersten Zahnrad ist der Vorteil verbunden, daß, wenn es beim Einfädeln des erfindungsgemäßen Zahnrads mit dem zweiten Zahnrad zu einer Zahn-auf-Zahn Stellung kommt, der Außenring aufgrund der von dem zweiten Zahnrad einwirkenden Axialkraft verkippt werden kann. Dabei erfolgt die Kippbewegung etwa um eine zur Drehachse des Zahnrads quer verlaufende Kippachse. Durch diese Kippbewegung des Außenrings werden entsprechend auch die Zähne, welche in Überdeckung mit den gegenüberliegenden Zähnen des zweiten Zahnrads liegen, bewegt. Es hat sich gezeigt, dass durch die Schwenkbarkeit des ersten Zahnrads die Wahrscheinlichkeit eines Blockierens reduziert werden kann. Folglich wird so eine Konstellation geschaffen, bei der trotz anfänglichem Blockieren die Zahnspitzen der beiden Zahnräder aneinander vorbeigleiten können, so daß ein Einfädeln der Verzahnungen bis hin zum vollständigen Verzahnungseingriff erfolgt. Vorzugsweise ist der Außenring gegenüber dem Nabenteil lose bzw. drehbar gehalten.
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Die Verzahnungsanordnung weist ein drittes Zahnrad auf, wobei durch axiales Verschieben des ersten Zahnrads ein Drehmoment übertragbar ist zwischen zweitem Zahnrad und drittem Zahnrad, wobei zweites Zahnrad und drittes Zahnrad versetzt in unterschiedlichen Ebenen angeordnet sind, so dass bei axialem Verschieben des ersten Zahnrads das zweite Zahnrad und das dritte Zahnrad versetzt mit dem ersten Zahnrad in Kontakt kommen und wobei das Kippen des ersten Zahnrads dazu führt, dass bei Blockieren des Verzahnungseingriffs zwischen ersten Zahnrad und dem in axialer Einschieberichtung gesehen näherem Zahnrad das erste Zahnrad mit dem in axialer Einschieberichtung gesehen enfernteren Zahnrad in Kontakt kommt. Der Kontakt zwischen erstem Zahnrad und dem ertfernteren Zahnrad führt in der Regel dazu, dass das erste Zahnrad einen kleinen Impuls erhält bzw. sich minimal in Umfangsrichtung bewegt, was dazu führt, dass die Blockade zwischen erstem Zahnrad und zweitem Zahnrad aufgehoben wird und der gewünschte Verzahnungseingriff erfolgt.
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Nach einer bevorzugten Verwendung kommt die Verzahnungsanordnung im Rückwärts-Zahnradsatz eines manuell schaltbaren Wechselgetriebes zum Einsatz, wobei das erste Zahnrad das Rückwärtsgang-Zwischenrad des Wechselgetriebes ist. Zum axialen Bewegen des ersten Zahnrads gegenüber dem zweiten Zahnrad hat das erste Zahnrad vorzugsweise eine Ringnut, in die eine Schaltgabel eingreifen kann. Es versteht sich, daß auch andere Anwendungsfälle für eine erfindungsgemäße Verzahnungsanordnung denkbar sind, bei denen zwei Zahnräder durch axiales Verschieben miteinander in Verzahnungseingriff bringbar bzw. wieder lösbar sind.
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Nach einer ersten möglichen Ausführungsform ist der Außenring gegenüber dem Nabenteil so gehalten, daß er eine reine Kippbewegung vollzieht. Dies wird vorzugsweise dadurch erreicht, daß der Außenring eine sphärische Innenfläche aufweist, mittels der der Außenring gegenüber einer sphärischen Außenfläche des Nabenteils oder eines mit dem Nabenteils verbundenen Zwischenrings schwenkbar ist. Bei Verwendung eines separaten sphärischen Zwischenrings ist dieser vorzugsweise zwischen einem Axialanschlag des Nabenteils und einem Sicherungsring axial fixiert. Für eine leichtgängige Bewegbarkeit des Außenrings relativ zum Nabenteil ist zwischen den einander gegenüberliegenden sphärischen Flächen ein geringes Spiel vorgesehen.
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Nach einer zweiten möglichen Ausführungsform ist der Außenring gegenüber dem Nabenteil kippbar und axial begrenzt bewegbar gehalten, wobei die tatsächliche Bewegung des Außenrings, bei Beaufschlagung durch das zweite Zahnrad, auch eine Überlagerung aus einer Kippbewegung und einer Axialbewegung sein kann. Mit axial begrenzt bewegbar ist gemeint, daß der Außenring um ein definiertes Maß gegenüber dem Nabenteil axial bewegbar ist, wobei Anschläge vorgesehen sind, welche eine Axialbewegung des Außenring relativ zum Nabenteil begrenzen.
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Nach einer bevorzugten Weiterbildung, welche für beide Ausführungsformen gilt, sind erste Federmittel vorgesehen, die zumindest mittelbar am Nabenteil abgestützt sind und den Außenring beaufschlagen. Dabei sind die ersten Federmittel vorzugsweise derart gestaltet, daß der Außenring in eine zum Nabenteil koaxiale Position beaufschlagt wird. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß der Außenring nach dem Einfädeln mit dem zweiten Zahnrad in die Ausgangsposition, welche gleichzeitig die Betriebsposition bei Verzahnungseingriff darstellt, überführt wird. Diese Ausgangs- bzw. Betriebsposition ist dadurch gekennzeichnet, daß die Längsachse des Außenrings koaxial zur Längsachse des Nabenteils und parallel zur Drehachse des zweiten Zahnrads ist. Die Kippbewegung des Außenrings erfolgt also gegen die Kraft der ersten Federmittel.
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Nach einer ergänzenden Weiterbildung können zweite Federmittel vorgesehen sein, die zumindest mittelbar am Nabenteil axial abgestützt sind und den Außenring entgegen der Vorspannkraft der ersten Federmittel beaufschlagen. Hiermit wird eine besonders zuverlässige Rückstellung des Außenrings relativ zum Nabenteil erreicht. Die zweiten Federmittel sind zwischen einer vorzugsweise radialen Stützfläche des Nabenteils oder eines mit dem Nabenteil verbundenen Bauteils und einer Seitenfläche des Außenrings angeordnet. Die ersten und zweiten Federmitteln können zumindest etwa auf demselben Durchmesser auf den Außenring einwirken. Im Sinne eines Gleichteilekonzepts sind die ersten und die zweiten Federmittel vorzugsweise gleich gestaltet.
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Nach einer bevorzugten Ausgestaltung ist eine Ringscheibe vorgesehen, die an dem Nabenteil zumindest mittelbar axial abgestützt ist, wobei die Federmittel zwischen der Ringscheibe und dem Außenring mit Vorspannung angeordnet sind. Die Ringscheibe ermöglicht, daß die Federmittel auf einem relativ großen Durchmesser auf den Außenring einwirken, so daß ein verhältnismäßig großes Rückstellmoment erzeugt wird. Die Ringscheibe kann beispielsweise mittels eines Sicherungsrings, der in eine entsprechende Ringnut des Nabenteils eingreift, axial abgestützt sein. Die Federmittel können prinzipiell beliebig gestaltet sein, beispielsweise in Form eines elastischen Elements, wie ein O-Ring, einen oder mehrere Gummikörper, oder eine Wellfeder. Vorzugsweise sind die Federmittel fest mit der Ringscheibe verbunden. Dabei kann, bei Verwendung eines gummielastischen Körpers dieser an das Ringelement anvulkanisiert oder verklebt werden. Bei Verwendung eines Federelements aus Federstahl kann dieses mittels stoffschlüssiger Verbindung, beispielsweise Schweißen, Löten oder Kleben, mit der Ringscheibe verbunden werden. Dies gilt, sofern vorhanden, auch für die zweiten Federmittel.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung weist der Außenring zumindest einen konischen Innenflächenabschnitt auf, der gegen eine entsprechende konische Außenfläche des Nabenteils in Anlage gebracht werden kann. Mit zumindest einen konischen Innenflächenabschnitt ist gemeint, daß der Außenring eine Innenfläche aufweist, die über ihre gesamte Länge konisch ist, oder lediglich einen konischen Teilabschnitt hat. Die Konusfläche kann als axialer Anschlag gegenüber einer entsprechenden konischen Gegenfläche des Nabenteils dienen.
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Gemäß einer Weiterbildung hat der Außenring im Anschluß an den konischem Innenflächenabschnitt einen sphärischen Flächenabschnitt, der auf einer entsprechenden sphärischen Außenfläche eines auf dem Nabenteil angeordneten Zwischenelements aufsitzt. Das Zwischenelement ist von den Federmitteln in Richtung zum Außenring beaufschlagt. Kommt es beim Schalten zu einer Drehstellung, bei der Zähne des zweiten Zahnrads auf Zähne des ersten Zahnrads treffen, wird das erste Zahnrad zunächst von der Konusfläche des Nabenteils axial weg beaufschlagt, wobei es um die sphärische Außenfläche des Zwischenelements verschwenkbar ist. Die Zähne können trotz anfänglichem Blockieren mit einer größeren Wahrscheinlichkeit nun ineinander geschoben werden; anschließend wird der Außenring von den Federmitteln wieder in die Ausgangsstellung auf die konische Außenfläche des Nabenteils beaufschlagt. Dabei gewährleistet die konische Flächenpaarung eine koaxiale Ausrichtung des Außenrings zum Nabenteil und damit einen sicheren Verzahnungseingriff mit dem zweiten Zahnrad.
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Nach einer weiteren Ausführungsform weist der Außenring einen ersten inneren Lagerabschnitt auf, der gegenüber einer ersten äußeren Stützfläche des Nabenteils abgestützt ist, sowie einen zweiten inneren Lagerabschnitt, der zum ersten inneren Lagerabschnitt axial versetzt angeordnet ist und gegenüber einer zweiten äußeren Stützfläche des Nabenteils abgestützt ist. Durch die zwei axial beabstandeten Lagerstellen wird in der Grundposition, in der der Außenring vollständig auf dem Nabenteil aufsitzt und insbesondere von den Federmitteln gegen einen Anschlag des Nabenteils beaufschlagt ist, eine hohe Laufstabilität des Zahnrads erreicht. Dies gilt sowohl für den Zustand, in dem die Zahnräder außer Eingriff, als auch für den Zustand, bei dem die Zahnräder in Verzahnungseingriff miteinander sind. Vorzugsweise ist zumindest einer der inneren Lagerabschnitte, das heißt der erste und/oder der zweite innere Lagerabschnitt, durch eine zylindrische Innenfläche gebildet ist. Die entsprechende gegenüberliegende Stützfläche, das heißt die erste und/oder die zweite Stützfläche ist vorzugsweise nach außen gewölbt.
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Durch diese Lagerpaarung wird in günstiger Weise ein Verkippen des Außenrings relativ zum Nabenteil ermöglicht, wobei in der Grundposition ein unkontrolliertes Verkippen verhindert wird. Vorzugsweise sind die beiden Lagerpaarungen, die jeweils aus einer Lagerfläche des Außenrings und einer Stützfläche des Nabenteils bestehen, auf unterschiedlichen Durchmessern angeordnet. Dabei haben insbesondere der erste innere Lagerabschnitt bzw. die erste Stützfläche, welche dem Federelement zugewandt sind, einen kleineren Durchmesser als der zweite innere Lagerabschnitt bzw. die zweite äußere Stützfläche, welche dem zweiten Zahnrad zugewandt sind.
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Anhand der in der Zeichnung gezeigten Zahnräder und Verzahnungsanordnungen soll die Erfindung näher erläutert werden. Hierin zeigt:
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1 ein Zahnrad in einer ersten Ausführungsform im Längsschnitt
- a) in koaxialer Ausrichtung zur Welle;
- b) in leicht gekippter Ausrichtung zur Welle;
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2 ein Zahnrad in einer zweiten Ausführungsform
- a) in perspektivischer Darstellung;
- b) in perspektivischer Darstellung im Längsschnitt;
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3 ein Zahnrad in einer dritten Ausführungsform
- a) in perspektivischer Darstellung;
- b) in perspektivischer Darstellung im Längsschnitt;
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4 ein Zahnrad in einer vierten Ausführungsform im Längsschnitt;
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5 ein Zahnrad in einer fünften Ausführungsform in koaxialer Ausrichtung des Außenrings zum Nabenteil
- a) im Längsschnitt;
- b) in Draufsicht auf einen Zahn des Zahnrads;
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6 das Zahnrad aus 5 bei Zahn-auf-Zahn Kontakt mit einem zweiten Zahnrad
- a) im Längsschnitt;
- b) in Draufsicht die kontaktierenden Zähne der Zahnräder;
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7 das Zahnrad aus 5 in leicht gekippter Ausrichtung des Außenrings zum Nabenteil
- a) im Längsschnitt;
- b) in Draufsicht die kontaktierenden Zähne der Zahnräder;
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8 ein Zahnrad in einer sechsten Ausführungsform, teilweise geschnitten;
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9 ein Zahnrad in einer siebten Ausführungsform
- a) in koaxialer Ausrichtung des Außenrings zum Nabenteil;
- b) bei Zahn-auf-Zahn Kontakt mit einem zweiten Zahnrad;
- c) in leicht gekippter Ausrichtung des Außenrings zum Nabenteil.
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Die 1a und 1b, die im Folgenden gemeinsam beschrieben werden, zeigen ein Zahnrad 2 in einer ersten Ausführungsform auf einer Welle 3. Das Zahnrad 2 ist mit einem hier nicht dargestellten zweiten Zahnrad zur Drehmomentübertragung in Verzahnungseingriff bringbar. Eine solche aus dem Zahnrad 2 und einem weiteren Zahnrad gebildete Verzahnungsanordnung kann beispielsweise in einem Wechselgetriebe eines Kraftfahrzeugs, dort insbesondere für den Rückwärtsgang, zum Einsatz kommen. Das Zahnrad 2 umfaßt ein Nabenteil 4 mit einer Drehachse A1, und einen Außenring 5 mit einer Drehachse A2, der auf dem Nabenteil 4 aufsitzt und eine Verzahnung 6 aufweist. Die Verzahnung 6 ist eine Stirnverzahnung und kann als Gerad- oder Schrägverzahnung ausgeführt sein.
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Die Besonderheit des Zahnrads 2 ist, daß der Außenring 5 gegenüber dem Nabenteil 4 um eine zur Drehachse A1 des Nabenteils 4 senkrechte Achse schwenkbar gehalten ist. Hierfür hat der Außenring 5 des Zahnrads 2 in der vorliegenden Ausführungsform eine sphärische kugelförmige Innenfläche 7, mit der der Außenring 5 auf einer entsprechenden sphärischen Außenfläche 8 des Nabenteils schwenkbar gelagert ist. Dabei ist für eine leichtgängige Bewegbarkeit des Außenrings 8 relativ zum Nabenteil 4 zwischen den einander gegenüberliegenden sphärischen Flächen 7, 8 ein geringes Spiel 9 vorgesehen.
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Durch diese Verschwenkbarkeit des Außenrings 5 wird erreicht, daß, wenn es beim Einfädeln des Zahnrads 2 mit dem zweiten Zahnrad zu einer Zahn-auf-Zahn Stellung kommt, der Außenring 5 aufgrund der von dem zweiten Zahnrad einwirkenden Axialkraft verkippt werden kann. Durch diese Kippbewegung des Außenrings 5 wird entsprechend auch die Verzahnung 6 bewegt. Dabei können die Zahnspitzen der beiden Zahnräder 2 aneinander vorbeigleiten, so daß ein Einfädeln der Verzahnungen 6 bis hin zum vollständigen Verzahnungseingriff erfolgt. Die Grundstellung des Zahnrads 2, bei dem der Außenring 5 koaxial zum Nabenteil 4 angeordnet ist, ist in 1a gezeigt. Demgegenüber zeigt die 1b die verschwenkte Stellung, bei der der Außenring 5 gegenüber dem Nabenteil 4 verschwenkt ist und die Drehachse A2 des Außenrings 4 winklig zur Drehachse A1 des Nabenteils 4 verläuft.
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2 zeigt ein Zahnrad 2 in einer zweiten Ausführungsform. Dieses entspricht hinsichtlich seines Aufbaus und seiner Funktionsweise weitestgehend dem Zahnrad gemäß 1, so daß hinsichtlich der Gemeinsamkeiten auf die obige Beschreibung Bezug genommen wird. Dabei sind gleiche bzw. abgewandelte Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen. im folgenden wird hauptsächlich auf die Unterschiede eingegangen.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform umfasst das Zahnrad 2 einen Zwischenring 11, der eine sphärische Außenfläche 8 aufweist und auf das Nabenteil 4 aufgeschoben ist. Das Nabenteil 4 ist hülsenförmig gestaltet und hat an einem Ende einen Ansatz mit einer Ringnut 12, welche eine Aufnahme 13 für eine Schaltgabel zwecks axialer Führung des Zahnrads 2 (nicht dargestellt) bilden. Der Zwischenring 11 hat eine Durchgangsbohrung und sitzt auf einem zylindrischen Abschnitt des Nabenteils 4. Dabei ist der Zwischenring 11 zwischen einem Ringsteg 14 der Aufnahme 13 einerseits und einem Axialsicherungsring 15 anderseits axial fixiert. Der Axialsicherungsring 15 greift in eine Ringnut des Nabenteils 4 ein. Zwischen der sphärischen Außenfläche 8 des Zwischenrings 11 und der sphärischen Innenfläche 7 des Außenrings 5 ist Spiel vorgesehen, so daß der Außenring 5 gegenüber dem Zwischenring 11 bzw. dem Nabenteil 4 schwenkbar ist. Die Verzahnung 6 ist vorliegend als Geradverzahnung ausgebildet.
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3 zeigt ein Zahnrad 2 in einer dritten Ausführungsform. Dieses entspricht hinsichtlich seines Aufbaus und seiner Funktionsweise weitestgehend dem Zahnrad gemäß 2, so daß hinsichtlich der Gemeinsamkeiten auf die obige Beschreibung Bezug genommen wird. Dabei sind gleiche bzw. abgewandelte Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Im Folgenden wird hauptsächlich auf die Unterschiede eingegangen.
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Die Besonderheit der vorliegenden Ausführungsform liegt darin, dass der Zwischenring 11 axial beweglich gegenüber dem Nabenteil 4 gehalten ist. Dabei bildet der Ringsteg 14 radial innen eine erste axiale Anschlagfläche 17 für den Zwischenring 11. Radial außen hat der Ringsteg 14 einen axialen Kragen 18, gegen den sich der Außenring 5 des Zahnrads 2 axial abstützen kann. Auf der gegenüberliegenden zweiten Seite bildet der Sicherungsring 15 einen zweiten axialen Anschlag. Durch diese Ausgestaltung ist der Außenring 5 gegenüber dem Nabenteil 4 kippbar und axial begrenzt bewegbar gehalten. Zwischen dem Sicherungsring 15 und einer Seitenfläche 19 des Außenrings 5 sitzen Federmittel 20 mit Vorspannung ein, welche den Außenring 5 in Richtung zum Ringsteg 14 beaufschlagen. Die Federmittel 20 sind in Form einer Tellerfeder gestaltet, dessen radial inneres Ende gegen den Sicherungsring 15 anliegt und dessen radial äußeres Ende mit der Seitenfläche 19 des Außenrings 5 in Anlage ist. Die Federmittel 20 bewirken, dass der Außenring 5 im Nicht-Eingriffs-Zustand oder im Eingriffszustand, d. h. nach dem Einfädeln der Verzahnungen, gegenüber dem Nabenteil 4 fixiert ist. Auf diese Weise wird ein sicherer Verzahnungseingriff zwischen den Verzahnungen und eine gute Laufruhe gewährleistet.
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4 zeigt ein Zahnrad 2 in einer vierten Ausführungsform. Dieses entspricht hinsichtlich seines Aufbaus und seiner Funktionsweise in weiten Teilen dem Zahnrad gemäß 3, so daß hinsichtlich der Gemeinsamkeiten auf die obige Beschreibung Bezug genommen wird. Dabei sind gleiche bzw. abgewandelte Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Im folgenden wird hauptsächlich auf die Unterschiede eingegangen.
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Die vorliegende Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, das neben den ersten Federmitteln 20, welche den Außenring 5 in eine erste axiale Richtung beaufschlagen, zweite Federmittel 22 vorgesehen sein, welche den Außenring 5 in entgegengesetzter Richtung beaufschlagen. Die ersten und zweiten Federmittel 20, 22 sind jeweils direkt oder indirekt gegenüber dem Nabenteil 4 axial abgestützt. Dabei umfassen die ersten Federmittel 20 eine Ringscheibe 23, an deren dem Außenring 5 zugewandten Stirnseite, im äußeren Randbereich, ein Federelement 24 angebracht ist. Das Federelement 24 ist in Form eines elastischen Rings gestaltet, der fest mit der Ringscheibe 23 verbunden ist, beispielsweise anvulkanisiert ist. Die Ringscheibe 23 ist gegenüber dem Nabenteil 4 mittels des Sicherungsrings 15 axial abgestützt. Die zweiten Federmittel 22 sind ebenfalls in Form eines elastischen Rings gestaltet. Dieser ist im äußeren Randbereich der Stirnseite des Ringstegs 14 fixiert, insbesondere durch Anvulkanisieren. Es versteht sich, daß einer oder beide der Federmittel auch mit dem Außenring 5 an dessen entgegengesetzt gerichteten Stirnseiten 19 fixiert sein können. Der sphärische Zwischenring 11 ist bei der vorliegenden Ausführungsform vorzugsweise axial spielfrei zwischen der Ringscheibe 23 und dem Ringsteg 14 ein, wobei ein geringes Axialspiel zwischen den genannten Bauteilen nicht ausgeschlossen ist. Mit der vorliegenden Ausführungsform wird aufgrund der zwei Federmittel 20, 22 eine besonders zuverlässige Rückstellung des Außenrings 5 relativ zum Nabenteil 4 erreicht.
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Die 5 bis 7 zeigen ein Zahnrad 2 in einer fünften Ausführungsform, in verschiedenen Schaltzuständen. Dabei zeigt 5 das Zahnrad 2 im Ausgangszustand, in dem es außer Eingriff mit einem zweiten Zahnrad ist. 6 zeigt den Fall, in dem die Zähne des Zahnrads 2 mit den Zähnen des zweiten Zahnrads (nicht gezeigt) in Überdeckung sind, so daß es beim Schalten zu einem Blockieren kommt. In 7 ist der Außenring 5 gegenüber dem Nabenteil 4 aufgrund der von dem zweiten Zahnrad einwirkenden Axialkräfte verschwenkt. Die drei 5 bis 7 werden im Folgenden gemeinsam beschrieben. Insgesamt entspricht die vorliegende Ausrührungsform hinsichtlich des Aufbaus und der Funktionsweise in weiten Teilen dem Zahnrad gemäß 2, so daß hinsichtlich der Gemeinsamkeiten auf die obige Beschreibung Bezug genommen wird. Dabei sind gleiche bzw. abgewandelte Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Im Folgenden wird im wesentlichen auf die Unterschiede eingegangen.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform hat der Außenring 5 des Zahnrads 2, im Unterschied zu den obigen Ausführungsformen, eine konische Innenfläche 7, die sich zur Aufnahme 13 für die Schaltgabel öffnet. Entsprechend hat das Nabenteil 4 eine konische Außenfläche 8, die sich in Richtung zur Aufnahme 13 erweitert. Durch die konische Flächenpaarung zwischen dem Außenring 5 und dem Nabenteil 4 ist in Richtung zur Aufnahme 13 ein erster axialer Anschlag gebildet. In Richtung zum entgegengesetzten Ende ist, wie bei den obigen Ausführungsformen, der Außenring 5 über Federmittel 20 mittelbar gegenüber dem Nabenteil 4 axial abgestützt. Dabei sind die Federmittel 20 bei der vorliegenden Ausführungsform in Form einer Schraubenfeder gestaltet, deren eines Ende gegenüber dem Sicherungsring 15 axial abgestützt ist und deren anderes Ende auf die Seitenfläche 19 des Außenrings 5 drückt.
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Die Bewegung des Außenrings 5 relativ zum Nabenteil 4 wird im Folgenden anhand der 5 bis 7 erläutert. Im Ausgangszustand, der in den 5a bzw. 5b gezeigt ist, sitzt der Außenring 5 mit seiner Konusfläche 7, durch die Federmittel 20 beaufschlagt, auf dem Gegenkonus 8 des Nabenteils 4 auf. Dabei sind der Außenring 5 und das Nabenteil 4 koaxial zueinander angeordnet, d. h. die Drehachsen A1 und A2 sind deckungsgleich.
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In 6a ist der Zustand gezeigt, in dem das Zahnrad 2 durch axiales Verschieben des Nabenteils 4 zur Drehmomentübertragung mit einem zweiten Zahnrad in Eingriff gebracht werden soll. Die axiale Bewegung des Nabenteils 4 ist dabei durch den Pfeil P1 nach rechts symbolisiert. Kommt es bei dieser Schaltbewegung zu dem seltenen Fall, daß die Verzahnungen der beiden Zahnräder einander überdecken, wird die Einrückbewegung blockiert. Dies ist durch den stirnseitig an der Verzahnung des Außenrings 5 angreifenden Pfeil P2 symbolisiert, der in der oberen Bildhälfte der 6a sowie in 6b erkennbar ist. In 6b ist ferner ein Zahn 25 des ersten Zahnrads 2 und ein Zahn 26 des damit in Eingriff zu bringenden zweiten Zahnrads vereinfacht gezeigt. Aufgrund der von dem Zahn 26 des zweiten Zahnrads einwirkenden Axialkraft, die in Richtung des Pfeils P2 auf den Zahn 25 des Zahnrads 2 wirkt, wird der Außenring 5 des Zahnrads 2 gegenüber dem Nabenteil 4 entgegen der Federkraft der Federmittel 20 axial verschoben. Dieser Zustand ist in 6a gezeigt, wo die Federmittel 20 aufgrund der Axialverschiebung des Außenrings 5 gegenüber dem Nabenteil 4 komprimiert sind.
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Gleichzeitig bzw. zeitlich versetzt dazu wird der Außenring 5 relativ zum Nabenteil 4 verkippt. Dabei erfolgt die Kippbewegung etwa um eine zur Drehachse A1 des Nabenteils 4 quer verlaufende Kippachse. Die Kippbewegung ist in 7a durch die im Gegenuhrzeigersinn gerichteten Pfeile P3 symbolisiert. Durch diese Kippbewegung des Außenrings 5 werden entsprechend auch die Zähne 25, welche in Überdeckung mit den gegenüberliegenden Zähnen 26 des zweiten Zahnrads liegen, um die Kippachse verschwenkt. Dabei können die seitlichen Kanten der sich berührenden Zähne 25, 26 der beiden Zahnräder 2 aneinander vorbeigleiten, so daß ein Einfädeln der Verzahnungen bis hin zum vollständigen Verzahnungseingriff erfolgt. Nach dem vollständigen Verzahnungseingriff wird der Außenring 5 des Zahnrads 2 von den Federmitteln 20 wieder auf die konische Außenfläche 8 des Nabenteils 4 beaufschlagt, so daß der Außenring 5 und das Nabenteil 4 wieder koaxial zueinander angeordnet sind, wie in 5a gezeigt.
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8 zeigt ein Zahnrad 2 in einer sechsten Ausführungsform. Dieses entspricht hinsichtlich seines Aufbaus und seiner Funktionsweise in weiten Teilen dem Zahnrad gemäß den 5 bis 7, so daß hinsichtlich der Gemeinsamkeiten auf die obige Beschreibung Bezug genommen wird. Dabei sind gleiche bzw. abgewandelte Bauteile mit gleichen Bezugseichen versehen. Im folgenden wird hauptsächlich auf die Unterschiede eingegangen.
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Die Besonderheit der vorliegenden Ausführungsform liegt darin, dass der Außenring 5 einen konischen Innenflächenabschnitt 7 sowie einen daran in Richtung des sich verjüngenden Konus einen sphärischen bzw. gerundeten Flächenabschnitt 27 aufweist. Auf dem Nabenteil 4 sitzt ein Zwischenelement 28, das von den Federmitteln 20 in Richtung zum Außenring 5 des Zahnrads 2 beaufschlagt wird. Das Zwischenelement 28 hat eine sphärische bzw. gerundete Außenfläche 21, die mit dem Flächenabschnitt 27 des Außenrings 5 in Kontakt ist. Kommt es beim Schalten zu einer Drehstellung, bei der Zähne des zweiten Zahnrads (nicht dargestellt) auf Zähne des ersten Zahnrads 2 treffen, wird das erste Zahnrad 2 zunächst von der Konusfläche 7 des Nabenteils 4 axial weg beaufschlagt, wobei es um die Außenfläche 21 des Zwischenelements 28 verschwenkbar ist. Die Zähne können nun ineinander eingreifen; anschließend wird der Außenring 5 von den Federmitteln 20 wieder in die Ausgangsstellung auf die konische Außenfläche 8 des Nabenteils 4 beaufschlagt. Dabei gewährleistet die konische Flächenpaarung 7, 8 eine koaxiale Ausrichtung des Außenrings 5 zum Nebenteil 4 und damit einen sicheren Verzahnungseingriff mit dem zweiten Zahnrad.
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Die 9a bis 9c zeigen ein Zahnrad 2 in einer siebten Ausführungsform, in verschiedenen Schaltzuständen. Dabei zeigt die 9a das Zahnrad 2 im Ausgangszustand, in dem es außer Eingriff mit einem zweiten Zahnrad ist. 9b zeigt den Fall, in dem die Zähne des Zahnrads 2 mit den Zähnen des zweiten Zahnrads (nicht gezeigt) in Überdeckung sind, so daß es beim Schalten zu einem Blockieren kommt. In 9c ist der Außenring 5 gegenüber dem Nebenteil 4 aufgrund der von dem zweiten Zahnrad einwirkenden Axialkräfte verschwenkt. Die drei 9a bis 9c werden im Folgenden gemeinsam beschrieben. Insgesamt entspricht die vorliegende Ausrührungsform hinsichtlich des Aufbaus und der Funktionsweise in weiten Teilen den Zahnrädern gemäß den obigen Figuren, insbesondere den 4 bis 7, so daß hinsichtlich der Gemeinsamkeiten auf die obige Beschreibung Bezug genommen wird. Dabei sind gleiche bzw. abgewandelte Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Im folgenden wird im wesentlichen auf die Unterschiede eingegangen.
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Die Besonderheit der vorliegenden Ausführungsform liegt darin, daß zwischen dem Nebenteil 4 und dem Außenring 5 zwei Lagerstellen 29, 30 gebildet sind, die auf unterschiedlichen Durchmessern D1, D2 liegen. Hierfür weist der Außenring 5 einen ersten inneren Lagerabschnitt 31 auf, der gegenüber einer ersten äußeren Stützfläche 32 des Nabenteils 4 abgestützt ist. An seinem axial entgegengesetzten Ende hat der Außenring einen zweiten inneren Lagerabschnitt 33, der gegenüber einer zweiten äußeren Stützfläche 34 des Nabenteils 4 abgestützt ist. Vorliegend sind die inneren Lagerabschnitte 31, 33 des Außenrings durch jeweils eine zylindrische Innenfläche gebildet und die entsprechend gegenüberliegenden Stützflächen 32, 34 des Nabenteils 4 sind konvex gestaltet und bilden zur Drehachse A1 koaxiale Ringflächen. Die Lagerstelle 29, welche auf der den Federmitteln 20 abgewandten Seite des Zahnrads 2 durch den Lagerabschnitt 31 und die Stützfläche 32 gebildet ist, hat einen größeren Durchmesser D1 als der Durchmesser D2 der zweiten Lagerstelle 30, welche auf der den Federmitteln 20 zugewandten Seite des Zahnrads 2 durch den Lagerabschnitt 33 und die Stützfläche 34 gebildet ist. Die Federmittel 20 umfassen vorliegend, ähnlich wie in 4, eine Ringscheibe 23, die gegenüber dem Nabenteil 4 axial abgestützt ist, sowie ein mit der Ringscheibe 23 stirnseitig befestigtes elastisches Federelement 24, beispielsweise einen Gummiring.
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Der Vorteil der zwei auf unterschiedlichen Durchmessern liegenden Lagerstellen 29, 30 ist, daß einerseits ein Verkippen des Außenrings 5 relativ zum Nabenteil 4 ermöglicht wird, andererseits in der Grundposition ein unkontrolliertes Verkippen verhindert wird. Dies wird nachfolgend anhand der verschiedenen Zustände des Zahnrads 2 anhand der 9a bis 9c erläutert. Durch die zwei axial beabstandeten Lagerabschnitte 31, 33 wird in der Grundposition, in der der Außenring 5 vollständig auf dem Nabenteil 4 aufsitzt und von den Federmitteln 20 gegen die Konusfläche 8 des Nabenteils 4 beaufschlagt ist, eine hohe Laufstabilität des Zahnrads 2 erreicht. Diese Position, bei der der Außenring 5 koaxial zum Nabenteil 4 angeordnet ist, ist in 9a gezeigt.
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In 9b ist der Zustand gezeigt, in dem das Zahnrad 2 durch axiales Verschieben des Nabenteils 4 zur Drehmomentübertragung mit einem zweiten Zahnrad 35 in Eingriff gebracht werden soll. Die axiale Bewegung des Nabenteils 4 ist dabei durch den Pfeil P1 nach rechts symbolisiert. Kommt es bei dieser Schaltbewegung zu dem seltenen Fall, daß die Verzahnungen der beiden Zahnräder 2, 35 einander überdecken, wird die Einrückbewegung blockiert. Aufgrund der von dem Zahn 26 des zweiten Zahnrads 35 einwirkenden Axialkraft, die den Zahn 25 des Zahnrads 2 beaufschlagt, wird der Außenring 5 des Zahnrads 2 gegenüber dem Nabenteil 4 entgegen der Federkraft der Federmittel 20 axial verschoben. Dabei wird die Lagerstelle 29 mit größerem Durchmesser D1 freigegeben, d. h. der erste Lagerabschnitt 31 wird von der ersten Stützfläche 32 heruntergeschoben. Dabei bleibt die zweite Lagerstelle 30 in Funktion, d. h. der zweite Lagerabschnitt 33 wird auch in axial verschobenem Zustand von der zweiten Stützfläche 34 radial abgestützt und geführt. Dieser Zustand ist in 9b gezeigt, wo die Federmittel 20 aufgrund der Axialverschiebung des Aüßenrings 5 gegenüber dem Nabenteil 4 komprimiert sind.
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Bei weiterem axialen Verschieben des zweiten Zahnrads 35 relativ zum ersten Zahnrad 2, was durch den verlängerten Pfeil P1 in 9c dargestellt ist, wird die von dem Zahn 26 auf den Zahn 25 einwirkende Axialkraft, die durch den Pfeil P2 dargestellt ist, größer.
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Hierdurch wird der Außenring 5 relativ zum Nabenteil 4 verkippt, wobei die Kippbewegung etwa um eine zur Drehachse A1 des Nabenteils 4 quer verlaufende Kippachse erfolgt. Die Kippbewegung ist durch die im Gegenuhrzeigersinn gerichteten Pfeile P3 symbolisiert. Durch diese Kippbewegung des Außenrings 5 werden entsprechend auch die Zähne 25, welche in Überdeckung mit den gegenüberliegenden Zähnen 26 des zweiten Zahnrads liegen, um die Kippachse verschwenkt. Dabei können die seitlichen Kanten der sich berührenden Zähne 25, 26 der beiden Zahnräder 2 aneinander vorbeigleiten, so daß ein Einfädeln der Verzahnungen bis hin zum vollständigen Verzahnungseingriff erfolgt. Nach dem vollständigen Verzahnungseingriff wird der Außenring 5 des Zahnrads 2 von den Federmitteln 20 wieder auf die konische Außenfläche 8 des Nabenteils 4 beaufschlagt, so daß der Außenring 5 und das Nabenteil 4 wieder koaxial zueinander angeordnet sind, wie es in 9a gezeigt ist.
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Das Zahnrad 2 bzw. die Verzahnungsanordnung 36 mit einem solchen Zahnrad 2 und einem zweiten Zahnrad 35 kann insbesondere im Rückwärts-Zahnradsatz eines manuell schaltbaren Wechselgetriebes eingesetzt werden, wobei das erste Zahnrad 2 das Rückwärtsgang-Zwischenrad des Wechselgetriebes ist. Die erfindungsgemäße Zahnrad 2 bzw. die Verzahnungsanordnung 36 haben den Vorteil einer vereinfachten Einfädelung der beiden Zahnräder 2, 35 bei Auftreten einer Zahn-auf-Zahn Stellung, was durch die Kippbewegung des Außenrings 5 ermöglicht wird. Durch die Kippbewegung können die Zahnspitzen der beiden Zahnräder 2, 35 aneinander vorbeigleiten, so daß ein Einfädeln der Verzahnungen bis hin zum vollständigen Verzahnungseingriff erfolgt.
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Die Kippbarkeit des Außenrings gegenüber dem Nabenteil lässt sich auch über die Flächennormalen der Ebenen beschreiben, in der der Außenring einerseits und die Nabe andererseits liegen. Die Flächennormale der Nabe fällt mit deren Drehachse zusammen. Die Flächennormale des Außenrings kann von der Flächennormale der Nabe zumindest zeitweise abweichen. Weichen die Flächennormalen voneinander ab, dann ist der Außenring zur Nabe gekippt.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Zahnrad
- 3
- Welle
- 4
- Nabenteil
- 5
- Außenring
- 6
- Verzahnung
- 7
- Innenfläche
- 8
- Außenfläche
- 9
- Spiel
- 11
- Zwischenring
- 12
- Ringnut
- 13
- Aufnahme
- 14
- Ringsteg
- 15
- Axialsicherungsring
- 16
- Abflachung
- 17
- Anschlagfläche
- 18
- Kragen
- 19
- Seitenfläche
- 20
- Federmittel
- 21
- Außenfläche
- 22
- Federmittel
- 23
- Ringscheibe
- 24
- Federelement
- 25
- Zahn
- 26
- Zahn
- 27
- Flächenabschnitt
- 28
- Zwischenelement
- 29
- Lagerstelle
- 30
- Lagerstelle
- 31
- erster Lagerabschnitt
- 32
- erste Stützfläche
- 33
- zweiter Lagerabschnitt
- 34
- zweite Stützfläche
- 35
- Zahnrad
- 36
- Verzahungsanordnung
- A
- Achse
- D
- Durchmesser
- P
- Pfeil
