DE102011014947A1

DE102011014947A1 - Getriebe mit Rückwärtsgang-Zwischenradbremse

Info

Publication number: DE102011014947A1
Application number: DE102011014947A
Authority: DE
Inventors: Renato Freitas Silva
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2010-03-31
Filing date: 2011-03-24
Publication date: 2011-12-22
Also published as: US8322243B2; CN102207170B; CN102207170A; US20110239796A1

Abstract

Ein Getriebe mit einer Eingangswelle oder einem Eingangselement, einer Ausgangswelle oder einem Ausgangselement, mehreren verzahnenden Zahnrädern, mehreren Synchroneinrichtungen und einer Rückwärtsgang-Zwischenradanordnung wird offenbart. Die Rückwärtsgang-Zwischenradanordnung umfasst ein Zwischenradelement, ein Synchronelement und ein Halteelement. Das Synchronelement weist ein Paar von Vorsprüngen auf, die mit Nuten an einer Zwischenradwelle in Eingriff stehen und mit einer Synchronfeder koppeln, um eine Kraft vom Synchronelement auf das Halteelement aufzubringen und eine Bremsreibung zu erzeugen, um die Zwischenradanordnung und die Eingangswelle vor der Verzahnung mit dem Zahnrad der Ausgangswelle zu verlangsamen.

Description

GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf Getriebe und insbesondere auf Handschaltgetriebe mit einer Zwischenradbremse, die verwendet wird, um das Zahnradknirschen zu verringern, wenn in ein Rückwärtsgang-Übersetzungsverhältnis geschaltet wird.
HINTERGRUND
Die Aussagen in diesem Abschnitt stellen lediglich Hintergrundinformationen in Bezug auf die vorliegende Offenbarung dar und können, müssen jedoch nicht Stand der Technik bilden.
Ein typisches Handschaltgetriebe umfasst mehrere Wellen, Zahnräder, Schaltmechanismen, Synchroneinrichtungen oder andere Drehmomentübertragungsmechanismen, die zusammenwirken, um mehrere Vorwärts- und Rückwärtsgang-Übersetzungs- oder -Drehzahlverhältnisse bereitzustellen. Die Getriebeeingangswelle wird selektiv mit einer Motorausgangswelle verbunden und umfasst mehrere Zahnräder, die selektiv mit der Eingangswelle beispielsweise unter Verwendung von Synchroneinrichtungen verbindbar sind. Die Zahnräder der Eingangswelle verzahnen mit entsprechenden Zahnrädern, die selektiv mit einer Ausgangswelle verbindbar sind. Um ein spezielles Vorwärtsgang-Übersetzungsverhältnis zwischen der Getriebeeingangs- und der Getriebeausgangswelle zu erreichen, betätigt der Fahrer einen Schaltmechanismus wie z. B. einen Handschalthebel, der den Eingriff der Synchroneinrichtungen mit den gewünschten Zahnrädern steuert. Um ein Rückwärtsgang-Übersetzungsverhältnis zu erreichen, wird ein Zwischenrad verwendet, das zwischen einem Eingangswellenzahnrad und einem Ausgangswellenzahnrad gleitet, um die Drehrichtung der Ausgangswelle und folglich der Antriebsräder umzukehren.
Das Zwischenrad kann sich frei an einer Zwischenradwelle drehen und das Zwischenrad dreht sich nicht notwendigerweise, wenn das Zwischenrad mit dem Eingangswellen-Rückwärtsgangzahnrad in Eingriff kommt. Das Eingangswellen-Rückwärtsgangzahnrad dreht sich jedoch häufig mit einer hohen Drehzahl, wobei es erst vor Kurzem von der Motorausgangswelle ausgerückt wurde. Sobald das Zwischenrad mit dem Eingangswellen-Rückwärtsgangzahnrad verzahnt, drehen sie sich beide mit derselben hohen Drehzahl. Das Zwischenrad muss dann mit dem Ausgangswellenzahnrad in Eingriff kommen, um die Drehmomentübertragung zur Ausgangswelle zu vollenden. Wie es häufig der Fall ist, dreht sich jedoch die Ausgangswelle nicht und kann sich sogar in der entgegengesetzten Richtung drehen, da der Fahrer in den Rückwärtsgang schalten kann, bevor das Fahrzeug die Vorwärtsbewegung gestoppt hat. Die Verzahnung des sich schnell drehenden Zwischenrades mit einem stationären Ausgangszahnrad verursacht einen Stoß oder ein Zahnradknirschen, das ein Geräusch und Knirschen erzeugt, das für den Fahrer sehr unangenehm ist. Ferner ist das Zahnradknirschen für die Langzeithaltbarkeit des Getriebes schädlich und ist die Quelle für kostspielige Kundenreparaturrechnungen.
Folglich besteht auf dem Fachgebiet Raum für ein Getriebe, das einen Mechanismus zum Verringern oder Beseitigen des Zahnradknirschens und eines vorzeitigen Komponentenverschleißes durch Verringern der Eingangswellen- und Zwischenraddrehzahl, wenn der Fahrer in ein Rückwärtsgang-Übersetzungsverhältnis schaltet, umfasst.
ZUSAMMENFASSUNG
Es wird ein Getriebe mit einer ersten und einer zweiten Welle geschaffen, die parallel durch ein Gehäuse abgestützt sind, mit einem ersten Zahnradelement, das drehbar durch die erste Welle abgestützt ist, einem zweiten Zahnradelement, das drehbar durch die zweite Welle abgestützt ist, und einer dritten Welle, die parallel zur ersten und zur zweiten Welle angeordnet ist. Die dritte Welle weist ein erstes Ende und mindestens eine Nut auf. Das erste Ende ist durch das Gehäuse abgestützt und die Nut ist axial an der dritten Welle angeordnet. Das Getriebe umfasst ferner eine Zwischenradanordnung, die durch die dritte Welle drehbar abgestützt ist. Die Zwischenradanordnung umfasst ein Zwischenradelement, ein Synchronelement, ein ringförmiges Halteelement und eine Synchronfeder. Das Zwischenradelement weist eine erste Seite, eine zweite Seite entgegengesetzt zur ersten Seite und eine konische erste Nabe, die sich von der ersten Seite erstreckt, auf. Das Synchronelement weist einen ringförmigen konischen ersten Abschnitt mit einem ersten Ende mit kleinem Durchmesser und einen ringförmigen zweiten Abschnitt, der das erste Ende des ersten Abschnitts teilweise umschließt, auf. Das Synchronelement ist benachbart zur Nabe des Zwischenradelements angeordnet. Der zweite Abschnitt des Synchronelements weist mindestens einen sich radial erstreckenden Vorsprung auf, der in der Nut der Zwischenradwelle angeordnet ist. Das ringförmige Halteelement ist nahe dem Synchronelement und dem Zwischenradelement angeordnet. Das Halteelement weist eine innere konische Oberfläche benachbart zu einer äußeren Oberfläche des Synchronelements auf. Die Synchronfeder ist an der dritten Welle angeordnet. Die Synchronfeder weist eine Basis und mindestens einen Arm auf. Der Arm weist ein erstes Ende auf, das vorwiegend senkrecht zur Basis befestigt ist. Der Arm ist in der Nut der dritten Welle angeordnet. Die Zwischenradanordnung ist selektiv entlang der dritten Welle axial beweglich, um mit dem ersten und dem zweiten Zahnradelement in Eingriff zu gelangen.
In einem Beispiel der vorliegenden Erfindung umfasst das Getriebe ferner ein selektiv betätigtes Gestängeelement. Das Zwischenradelement umfasst ferner eine zweite Nabe, die sich von der zweiten Seite erstreckt. Die zweite Nabe weist eine radiale Nut auf. Das selektiv betätigte Gestängeelement ist in der Nut der zweiten Nabe der zweiten Seite des Zwischenrades angeordnet.
In einem weiteren Beispiel der vorliegenden Erfindung umfasst die Nut der dritten Welle einen Bremsabschnitt mit einem ersten Ende mit einem abgewinkelten Abschnitt.
In einem nochmals weiteren Beispiel der vorliegenden Erfindung umfasst der sich radial erstreckende Vorsprung des Synchronelements einen abgewinkelten Abschnitt.
In einem nochmals weiteren Beispiel der vorliegenden Erfindung weist der Arm der Synchronfeder ein zweites Ende und einen sich radial erstreckenden Abschnitt auf. Das zweite Ende liegt entgegengesetzt zum ersten Ende des Arms und der sich radial erstreckende Abschnitt ist nahe dem zweiten Ende des Arms angeordnet.
In einem nochmals weiteren Beispiel der vorliegenden Erfindung wird die Zwischenradanordnung selektiv in einer ersten und/oder einer zweiten und/oder einer dritten Position angeordnet. In der ersten Position berührt die Zwischenradanordnung das erste Zahnradelement und das zweite Zahnradelement nicht. In der zweiten Position ist die Zwischenradanordnung mit dem ersten Zahnradelement der ersten Welle verzahnt. Der abgewinkelte Abschnitt des Vorsprungs des Synchronelements berührt den abgewinkelten Abschnitt des Bremsabschnitts der Nut der dritten Welle. Die äußere Oberfläche des Synchronelements berührt die innere Oberfläche des Halteelements. In der dritten Position ist die Zwischenradanordnung mit sowohl dem ersten Zahnradelement der ersten Welle als auch dem zweiten Zahnradelement der zweiten Welle verzahnt.
In einem nochmals weiteren Beispiel der vorliegenden Erfindung weist das Halteelement einen Flansch auf, der unbeweglich an der ersten Seite des Zwischenradelements befestigt ist.
In einem nochmals weiteren Beispiel der vorliegenden Erfindung umfasst das Zwischenradelement ein Lager, das an einem inneren Umfang des Zwischenradelements angeordnet ist.
Weitere Aufgaben, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden durch Bezugnahme auf die folgende Beschreibung und die beigefügten Zeichnungen ersichtlich, in denen sich gleiche Bezugszeichen auf dieselbe Komponente, dasselbe Element oder dasselbe Merkmal beziehen.
ZEICHNUNGEN
Die hier beschriebenen Zeichnungen dienen nur Erläuterungszwecken und sollen den Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung keineswegs begrenzen.
1 ist eine perspektivische Ansicht eines Getriebes gemäß der vorliegenden Offenbarung;
2A ist eine perspektivische Ansicht einer Rückwärtsgang-Zwischenradanordnung in auseinandergezogener Anordnung gemäß der vorliegenden Offenbarung;
2B ist eine perspektivische Ansicht der Rückwärtsgang-Zwischenradanordnung;
3A ist eine perspektivische Ansicht der Zwischenradanordnung, wie an einer Zwischenradwelle installiert, mit einer Synchronfeder gemäß der vorliegenden Offenbarung;
3B ist eine perspektivische Ansicht der Synchronfeder gemäß der vorliegenden Offenbarung;
3C ist eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts der Zwischenradwelle gemäß der vorliegenden Offenbarung;
4A ist eine schematische Ansicht der Rückwärtsgang-Zwischenradanordnung in einer neutralen Position gemäß der vorliegenden Offenbarung;
4B ist eine Querschnittsansicht der Rückwärtsgang-Zwischenradanordnung und der Zwischenradwelle in der neutralen Position gemäß der vorliegenden Offenbarung;
4C ist eine aufgeschnittene Ansicht eines Synchronelements, eines Halteelements und der Zwischenradwelle in der neutralen Position gemäß der vorliegenden Offenbarung;
5A ist eine schematische Ansicht der Rückwärtsgang-Zwischenradanordnung in einer Bremsposition gemäß der vorliegenden Offenbarung;
5B ist eine Querschnittsansicht der Rückwärtsgang-Zwischenradanordnung und der Zwischenradwelle in der Bremsposition gemäß der vorliegenden Offenbarung;
5C ist eine Nahquerschnittsansicht der Rückwärtsgang-Zwischenradanordnung und der Zwischenradwelle in der Bremsposition und mit einem Kraftdiagramm;
5D ist eine aufgeschnittene Ansicht des Synchronelements, des Halteelements und der Zwischenradwelle in der Bremsposition gemäß der vorliegenden Offenbarung;
5E ist eine aufgeschnittene Nahansicht des Synchronelements, des Halteelements und der Zwischenradwelle in der Bremsposition gemäß der vorliegenden Offenbarung;
6A ist eine schematische Ansicht der Rückwärtsgang-Zwischenradanordnung in einer eingerückten Position gemäß der vorliegenden Offenbarung;
6B ist eine Querschnittsansicht der Rückwärtsgang-Zwischenradanordnung und der Zwischenradwelle in der eingerückten Position gemäß der vorliegenden Offenbarung; und
6C ist eine aufgeschnittene Ansicht des Synchronelements, des Halteelements und der Zwischenradwelle in der eingerückten Position gemäß der vorliegenden Offenbarung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung ist dem Wesen nach lediglich beispielhaft und soll die vorliegende Offenbarung, Anwendung oder Verwendungen nicht begrenzen.
In den Zeichnungen, in denen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Komponenten beziehen, ist in 1 eine perspektivische Ansicht eines teilweisen Getriebes 10 der vorliegenden Erfindung dargestellt. Das Getriebe 10 umfasst eine Eingangswelle 12, eine Hauptwelle oder Ausgangswelle 14 und eine Zwischenradwelle 16, die jeweils durch ein Gehäuse 18 abgestützt sind. Die Eingangswelle 12 ist beispielsweise mit einer Motorausgangswelle (nicht dargestellt) verbunden und die Hauptwelle 14 ist beispielsweise mit einer Fahrzeugantriebswelle (nicht dargestellt) verbunden, die ein Drehmoment zu einem Antriebsrad des Fahrzeugs liefert. Die Eingangs- und die Hauptwelle 12, 14 stützen mehrere Zahnräder drehbar ab, die miteinander verzahnen, um mehrere Zahnradsätze 15 zu bilden. Mehrere Synchroneinrichtungen 17 werden selektiv betätigt, um ein gewünschtes Vorwärtsgang-Übersetzungsverhältnis zwischen der Eingangswelle 12 und der Hauptwelle 14 zu erreichen. Um beispielsweise ein Vorwärtsgang-Übersetzungsverhältnis zu erreichen, wird eine der mehreren Synchroneinrichtungen 17 eingerückt, um ein Zahnrad von einem der Zahnradsätze 15 mit einer der Eingangswelle 12 und der Hauptwelle 14 zu koppeln, um ein Drehmoment von der Eingangswelle 12 auf die Hauptwelle 14 zu übertragen.
Die Zwischenradwelle 16 ist sicher am Gehäuse 18 befestigt und stützt eine Zwischenradanordnung 20 ab. Die Zwischenradanordnung 20 ist zu einer selektiven Bewegung entlang der Zwischenradwelle 16 in der Lage, um ein Rückwärtsgang-Zahnrad oder Rückwärtsgangelement 22 der Eingangswelle 12 und ein Hülsenzahnrad oder Hülsenelement 24 an der Hauptwelle 14 in Eingriff zu bringen. Wenn ein Rückwärtsgang-Übersetzungsverhältnis erwünscht ist, verzahnt die Zwischenradanordnung 20 unabhängig mit dem Rückwärtsgang-Zahnrad 22, das mit der Eingangswelle 12 in Eingriff steht, und dem Hülsenzahnrad 24, das mit der Hauptwelle 14 in Eingriff steht. Die eingerückte Zwischenradanordnung 20 kehrt die Richtung des Hülsenzahnrades 24 der Hauptwelle 14 um und kehrt daher die Drehrichtung der Antriebswelle des Fahrzeugs um. Die Zwischenradanordnung 20 wird beispielsweise durch ein Schaltgabelgestänge 26 betätigt, das ein erstes Ende 26A, das an einer Rücklaufwelle oder einem Rücklaufelement 28 befestigt ist, das durch den Fahrer betätigt wird, und ein zweites Ende 26B, das mit der Zwischenradanordnung 20 in Eingriff steht und diese axial entlang der Zwischenradwelle 16 bewegt, umfasst. Andere Verfahren oder Mechanismen zum Betätigen der Zwischenradanordnung 20 können jedoch verwendet werden, ohne vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Mit Bezug auf 2A und 2B ist ein Beispiel der Zwischenradanordnung 20 in einem zerlegten Zustand in 2A und zusammengefügt in 2B dargestellt. Die Zwischenradanordnung 20 umfasst ein Zwischenradelement 30, ein Synchronelement 32 und ein Halteelement 34. Das Zwischenradelement 30 weist einen Verzahnungsradabschnitt 36 auf. Der Zahnradabschnitt 36 umfasst mehrere Zahnradzähne 37, die dazu konfiguriert sind, mit einem anderen rotierenden Zahnrad gleitfähig zu verzahnen. Das Zwischenradelement 30 umfasst ferner eine konische Bremsnabe 38 auf einer ersten Seite 36A des Zahnradabschnitts 36 und eine gerillte Gestängenabe 40 auf einer zweiten Seite 36B des Zahnradabschnitts 36. Ein Innendurchmesser 36C des Zwischenradelements 30 umfasst ein Lager 36D, um Drehverluste aufgrund von Reibung und Verschleiß zu verbessern.
Das Synchronelement 32 weist einen ersten Abschnitt 32A mit einer ringförmigen konischen Form und einen zweiten Abschnitt oder eine Halteplatte 32B, die teilweise ein Ende 32C des ersten Abschnitts 32A mit kleinem Durchmesser bedeckt, auf. Der erste Abschnitt 32A umfasst eine innere Oberfläche 32D benachbart zur Bremsnabe 38 und eine äußere Oberfläche 32E. Der zweite Abschnitt 32B weist eine Öffnung 32F auf, die mindestens einen Vorsprung 32G und vorzugsweise vier Vorsprünge 32G umfasst, die sich von einem inneren Umfang 32H der Öffnung 32F radial nach innen erstrecken. Der innere Umfang 32H des zweiten Abschnitts 32 weist einen Durchmesser D₃₂ auf, der geringfügig größer ist als der Durchmesser D₁₆ der Zwischenradwelle 16.
Das Halteelement 34 umfasst einen ersten Abschnitt 34A mit einer ringförmigen konischen Form und umfasst eine innere Oberfläche 34B, die die Form der äußeren Oberfläche 32E des ersten Abschnitts 32A des Synchronelements 32 nachahmt. Das Halteelement 34 umfasst ferner einen Halteflansch 34C an einem Ende 34D des Halteelements 34. Die innere Oberfläche 34B des Halteelements 34 weist eine Oberflächenbeschaffenheit auf, die eine zweckmäßige Menge an Reibung schafft, die für die Optimierung der Bremsleistung erforderlich ist, wie nachstehend genauer beschrieben.
Mit Bezug auf 2B sind die drei Elemente 30, 32, 34 der Zwischenradanordnung 20 zusammengefügt dargestellt, wobei das Synchronelement 32 über die Bremsnabe 38 des Zwischenradelements 30 passt und das Halteelement 34 über das Synchronelement 32 passt. Folglich ist die innere Oberfläche 32D des Synchronelements 32 benachbart zur Bremsnabe 38 des Zwischenradelements 30 und die innere Oberfläche 34B des Halteelements 34 ist benachbart zur äußeren Oberfläche 32E des Synchronelements 32. Der Halteflansch 34C des Halteelements 34 ist fest in das Zwischenradelement 30 eingepresst, obwohl andere Verfahren zur Befestigung des Halteelements 34 am Zwischenradelement 30 verwendet werden können, ohne vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Das Synchronelement 32 kann sich innerhalb der Anordnung 20 drehen und hat eine minimale Bewegungsfreiheit, das Synchronelement 32 ist jedoch im Allgemeinen zwischen dem ersten Abschnitt 34A des Halteelements 34 und der Bremsnabe 38 des Zwischenradelements 30 enthalten.
Wenn man sich nun 3A zuwendet, ist die Zwischenradanordnung 20 an der Zwischenradwelle 16 montiert gezeigt. Die Zwischenradanordnung 20 ist an der Zwischenradwelle 16 durch eine Synchronfeder 46 befestigt. Wenn man sich kurz 3B zuwendet, weist die Zwischenradwelle 16 ein erstes Ende 16A und mindestens eine, aber vorzugsweise vier Nuten 16B auf, die sich entlang der axialen Länge der Zwischenradwelle 16 erstrecken. Die Nuten 16B umfassen einen Basisabschnitt 16C und einen Bremsabschnitt 16D mit einem abgewinkelten ersten Ende 16E. Die Nuten 16B sind bemessen, um die Synchronfeder 46 und die Vorsprünge 32G der Zwischenradanordnung 20 aufzunehmen, wie nachstehend genauer beschrieben wird.
Wenn man sich 3C zuwendet, weist die Synchronfeder 46 ein Paar von Armen 46A auf, die an einem ersten Ende 46B mit einer Basis 46C verbunden sind und sich in einer vorwiegend senkrechten Richtung von der Basis 46C erstrecken. Die Arme 46A weisen jeweils ein zweites Ende 46D entgegengesetzt zum ersten Ende 46B auf und umfassen einen geraden Abschnitt 46E nahe dem ersten Ende 46B und einen Feder- oder sich radial erstreckenden Abschnitt 46F nahe dem zweiten Ende 46D. Der sich radial erstreckende Abschnitt 46F kann einen erhabenen Abschnitt 46G umfassen.
Wenn man sich 3D zuwendet, ist eine Nahansicht des Synchronelements 32 gezeigt, die die Vorsprünge 32G detailliert darstellt. Jeder der Vorsprünge 32G umfasst einen abgewinkelten Abschnitt 32K benachbart zum inneren Umfang 32H des Synchronelements 32.
Wenn man zu 3A zurückkehrt, ist jeder Vorsprung 32G des Synchronelements 32 in einer der Nuten 16B der Zwischenradwelle 16 angeordnet. Die Vorsprünge 32G des Synchronelements 32 verriegeln das Synchronelement 32 rotatorisch an der Zwischenradwelle 16, während sich das Zwischenradelement 30 und das Halteelement 34 frei an der Zwischenradwelle 16 drehen können. Die Synchronfeder 46 ist derart angeordnet, dass die geraden Abschnitte 46E der Arme 46A benachbart zur Basis 16C der Nuten 16A der Zwischenradwelle 16 sind. Der sich radial erstreckende Abschnitt 46F der Arme 46A ist von der Zwischenradwelle 16 getrennt, um Raum zu schaffen, damit sich der sich radial erstreckende Abschnitt 46F verlagert, wenn eine Kraft auf den sich radial erstreckenden Abschnitt 46F aufgebracht wird. Das zweite Ende 46D des Arms ist zum Kontaktieren der Basis 16C der Nut 16B der Zwischenradwelle 16 ausgebildet. Die Vorsprünge 32G des Synchronelements 32 erstrecken sich in Richtung der Basis 16C der Nut 16B nach innen, wobei die Arme 46A der Synchronfeder 46 zwischen den Vorsprüngen 32G des Synchronelements 32 und der Basis 16C der Nut 16B der Zwischenradwelle 16 angeordnet sind. Außerdem ist die Synchronfeder 46 an der Zwischenradwelle so installiert, dass die Basis 46C der Synchronfeder 46 benachbart zum ersten Ende 16A der Zwischenradwelle 16 angeordnet ist.
Wenn man sich nun im Allgemeinen 4A–6B zuwendet, ist ein Diagramm der Zwischenradanordnung 20 in Bezug auf die Eingangs- und die Hauptwelle 12, 14 des Getriebes 10 in jeder von drei Positionen in 4A, 5A und 6A dargestellt. 4B, 5B und 6B stellen einen Querschnitt der Zwischenradanordnung 20 dar, die in Bezug auf die Zwischenradwelle 16 und die Synchronfeder 46 in den drei Positionen angeordnet ist. 4C, 5C–F und 6C zeigen ferner durch aufgeschnittene Darstellungen die Zwischenradanordnung in jeder der drei Positionen detailliert. In einer ausgerückten ersten Position, wie in 4A, 4B und 4C gezeigt, berührt die Zwischenradanordnung 20 weder das Rückwärtsgang-Zahnrad 22 der Eingangswelle 12 noch das Hülsenzahnrad 24 der Hauptwelle 14 oder verzahnt damit. Außerdem zeigt der Querschnitt von 4B die Zwischenradanordnung 20 in der ausgerückten Position, in der die Vorsprünge 32G des Synchronelements 32 nahe dem geraden Abschnitt 46E der Arme 46A der Synchronfeder 46 angeordnet sind. In der ersten Position 50 übt die Synchronfeder 46 keine Kraft auf das Synchronelement 32 der Zwischenradanordnung 20 aus. Daher übt das Synchronelement 32 keine Kraft auf das Halteelement 34 in der Zwischenradanordnung 20 aus.
In einer teilweise eingerückten zweiten Position, wie in 5A–F gezeigt, berührt die Zwischenradanordnung 20 das Rückwärtsgang-Zahnrad 22 der Eingangswelle 12 und verzahnt damit, berührt jedoch noch nicht das Hülsenzahnrad 24 der Hauptwelle 14 oder verzahnt damit. Außerdem zeigt der Querschnitt von 5B die Zwischenradanordnung 20 und die Zwischenradwelle 16 so, dass die Vorsprünge 32G des Synchronelements 32 benachbart und anfänglich in Kontakt mit dem sich radial erstreckenden Abschnitt 46F der Arme 46A der Synchronfeder 46 angeordnet sind.
Wenn man sich vorübergehend 5C zuwendet, ist ein Nahquerschnitt einer teilweisen Zwischenradanordnung 20, der Zwischenradwelle 16 und des Schaltgabelgestänges 26 in der zweiten Position gezeigt. Wenn der Fahrer das Getriebe in den Rückwärtsgang schaltet, bewegt das Schaltgabelgestänge 26 die Zwischenradanordnung 20 axial durch Ausüben einer Schaltkraft F_S auf die gerillte Gestängenabe 40 der Zwischenradanordnung 20. Wenn die Zwischenradanordnung 20 axial die Zwischenradwelle 16 hinab in Richtung des Rückwärtsgang-Zahnrades 22 der Eingangswelle 12 gleitet, kommen die Vorsprünge 32G des Synchronelements 32 mit dem sich radial erstreckenden Abschnitt 46F der Synchronfeder 46 in Eingriff. Eine resultierende erste axiale Kraft F₁ wird auf den Vorsprung 32G aufgebracht. Die Kraft F₁ schiebt das Synchronelement 32 axial relativ zum Halteelement 34, wobei die äußere Oberfläche 32C des Synchronelements 32 mit der inneren Oberfläche 34B des Halteelements 34 in Kontakt gebracht wird. Dieser anfängliche Kontakt zwischen dem Synchronelement 32 und dem Halteelement 34 erzeugt genügend Reibung, um das Synchronelement 32 derart zu drehen, dass die Vorsprünge 32G des Synchronelements 32 sich in den Bremsabschnitt 16D der Nut 16 bewegen. Wenn sich das Synchronelement 32 weiterhin axial bewegt, berührt der Winkelabschnitt 32K der Vorsprünge 32G den Winkelabschnitt 16E des Bremsabschnitts 16D der Nut 16. Der Kontakt zwischen den Winkelabschnitten 32K und 16E der Vorsprünge 32G und der Nuten 16 erzeugt eine größere zweite axiale Kraft F₂, die die äußere Oberfläche 32C des Synchronelements 32 und die innere Oberfläche 34B des Halteelements 34 wieder in Eingriff bringt. Die Kraft F₂, die auf das Synchronelement 32 ausgeübt wird, wird so übertragen, dass sie auf das Halteelement 34 wirkt, und weist eine senkrechte Kraftkomponente F_⊥ relativ zu den Oberflächen 32C, 34B des Synchronelements 32 und Halteelements 34 auf. Die Kraft F_⊥ kombiniert sich mit einem Reibungskoeffizienten μ der Oberflächen 32B, 34C, um eine Bremsreibungskraft F_B zu erzeugen, die die Drehzahl des Halteelements 34 und der Zwischenradanordnung 20 verlangsamt, gemäß der folgenden Formel: F_B = μ·F_⊥ (1)
Der Reibungskoeffizient μ des Halteelements 34 und des Synchronelements 32 und eine Steifigkeit oder Federkonstante K_S der Synchronfeder 46 sind optimiert, um die gewünschte erforderliche Bremskraft F_B zu erreichen. Für eine verbesserte Leistung des Getriebes der vorliegenden Erfindung sind beispielsweise die Oberflächenbeschaffenheiten, die Federsteifigkeit und die Winkelabschnitte 32K, 16E der Vorsprünge 32G und der Nuten 16 so gewählt, dass sie genügend Bremskraft F_B bereitstellen, um die Drehträgheit zu überwinden und die Drehzahl der Zwischenradanordnung 20 auf 150 Umdrehungen pro Minute (min^–1) vor dem Eingriff des Hülsenzahnrades 24 der Hauptwelle 14 zu verringern. Die Kraft F_⊥ weist jedoch auch eine Wirkung auf die Schaltkraft F_S auf, die vom Fahrer erforderlich ist, um die Zwischenradanordnung 20 entlang der Zwischenradwelle 16 zu verschieben. Wenn zu viel Kraft erforderlich ist, kann der Fahrer die Betätigung des Getriebes ungeachtet der Geräuschqualität des Eingriffs der Zahnräder unangenehm finden.
In einer vollständig eingerückten dritten Position, wie in 6A–C gezeigt, ist die Zwischenradanordnung 20, die bereits mit dem Rückwärtsgang-Zahnrad 22 der Eingangswelle 12 verzahnt, in Kontakt und in Zahneingriff mit dem Hülsenzahnrad 24 der Hauptwelle 14 angeordnet. Außerdem zeigt der Querschnitt von 6B die Zwischenradanordnung 20 und die Zwischenradwelle 16 so, dass die Vorsprünge 32G des Synchronelements 32 benachbart und in Kontakt mit dem sich radial erstreckenden Abschnitt 46F der Arme 46A der Synchronfeder 46 angeordnet sind, die Vorsprünge 32G liegen jedoch näher am zweiten Ende 46D der Synchronfeder 46. Das Erreichen dieser Position erfordert die fortgesetzte axiale Bewegung des Zwischenrades 20 an der Zwischenradwelle 16, so dass der abgewinkelte Abschnitt 32K der Vorsprünge 32G entlang der abgewinkelten Abschnitte 16E der Nut 16 gleitet, wobei somit die Vorsprünge 32G wieder in der Nut 16 und in Kontakt mit dem sich radial erstreckenden Abschnitt 46F der Arme 46A der Synchronfeder 46 angeordnet werden. Da die Zwischenradanordnung 20 in der zweiten Position auf weniger als 150 min^–1 52 verlangsamt wird, verzahnt die Zwischenradanordnung 20 sanft mit dem stationären Hülsenzahnrad 24 der Hauptwelle 14. Die sanfte Verzahnung des Rückwärtsgang- und des Hülsenzahnrades 22, 24 beseitigt ein Knirschen oder Kratzen, das ansonsten auftreten würde, wenn sich die Zwischenradanordnung 20 mit einer viel höheren Drehzahl drehen würde und mit dem stationären Hülsenzahnrad 24 verzahnen würde.
Das Zwischenradelement 30, das Rückwärtsgang-Zahnrad 22 der Eingangswelle 12 und das Hülsenzahnrad 24 der Hauptwelle 14 verwenden Zahnradzähne, die so konstruiert sind, dass sie gleitfähig miteinander in Eingriff kommen, anstatt radial miteinander in Eingriff zu kommen. Das Zusammenschieben von zwei Zahnrädern zum Verzahnen erfordert, dass sie sich mit relativ ähnlichen Drehzahlen und in derselben Richtung drehen. Wenn Zahnräder zusammengedrückt werden, die sich mit verschiedenen Drehzahlen oder in entgegengesetzten Richtungen drehen, verursacht das resultierende Zahnradknirschen ein unangenehmes Geräusch und eine Beschädigung an den Komponenten. Der Rückwärtsgang-Zwischenrad-Bremsmechanismus der vorliegenden Erfindung schafft eine Vorrichtung, die die Eingangswelle 12 und das Zwischenradelement 30 vor der Verzahnung mit dem Hülsenzahnrad 24 der Hauptwelle 14 verlangsamt, was das Zahnradknirschen und das Geräusch und die Komponentenbeschädigung, die es verursacht, beseitigt.
Die Beschreibung der Offenbarung ist dem Wesen nach lediglich beispielhaft und Veränderungen, die nicht vom Kern der Offenbarung abweichen, sollen innerhalb des Schutzbereichs der Offenbarung liegen. Solche Veränderungen sollen nicht als Abweichung vom Gedanken und Schutzbereich der Offenbarung betrachtet werden.

Claims

Getriebe mit einer ersten und einer zweiten Welle, die parallel durch ein Gehäuse abgestützt sind, wobei das Getriebe umfasst: ein erstes Zahnradelement, das durch die erste Welle drehbar abgestützt ist; ein zweites Zahnradelement, das durch die zweite Welle drehbar abgestützt ist; eine dritte Welle, die parallel zur ersten und zur zweiten Welle angeordnet ist, wobei die dritte Welle ein erstes Ende und mindestens eine Nut aufweist, und wobei das erste Ende durch das Gehäuse abgestützt ist und die Nut axial an der dritten Welle angeordnet ist; eine Zwischenradanordnung, die durch die dritte Welle drehbar abgestützt ist, wobei die Zwischenradanordnung umfasst: ein Zwischenradelement mit einer ersten Seite, einer zweiten Seite entgegengesetzt zur ersten Seite und einer konischen ersten Nabe, die sich von der ersten Seite erstreckt; ein Synchronelement mit einem ringförmigen konischen ersten Abschnitt mit einem ersten Ende mit kleinem Durchmesser, und einem ringförmigen zweiten Abschnitt, der das erste Ende des ersten Abschnitts teilweise umschließt, und wobei das Synchronelement benachbart zur Nabe des Zwischenradelements angeordnet ist, wobei der zweite Abschnitt des Synchronelements mindestens einen sich radial erstreckenden Vorsprung aufweist, der in der Nut der Zwischenradwelle angeordnet ist; ein ringförmiges Halteelement, das nahe dem Synchronelement und dem Zwischenradelement angeordnet ist, wobei das Halteelement eine innere konische Oberfläche benachbart zu einer äußeren Oberfläche des Synchronelements aufweist; und eine Synchronfeder, die an der dritten Welle angeordnet ist, wobei die Synchronfeder eine Basis und mindestens einen Arm aufweist, und wobei der Arm ein erstes Ende aufweist, das vorwiegend senkrecht zur Basis befestigt ist, und wobei der Arm in der Nut der dritten Welle angeordnet ist; und wobei die Zwischenradanordnung selektiv entlang der dritten Welle axial beweglich ist, um mit dem ersten und dem zweiten Zahnradelement in Eingriff zu gelangen.
Getriebe nach Anspruch 1, das ferner umfasst: ein selektiv betätigtes Gestängeelement; und wobei das Zwischenradelement ferner eine zweite Nabe umfasst, die sich von der zweiten Seite erstreckt, und wobei die zweite Nabe eine radiale Nut aufweist; und wobei das selektiv betätigte Gestängeelement in der Nut der zweiten Nabe der zweiten Seite des Zwischenrades angeordnet ist.
Getriebe nach Anspruch 1, wobei die Nut der dritten Welle einen Bremsabschnitt mit einem ersten Ende mit einem abgewinkelten Abschnitt umfasst.
Getriebe nach Anspruch 3, wobei der sich radial erstreckende Vorsprung des Synchronelements einen abgewinkelten Abschnitt umfasst.
Getriebe nach Anspruch 4, wobei der Arm der Synchronfeder ein zweites Ende und einen sich radial erstreckenden Abschnitt aufweist, und wobei das zweite Ende zum ersten Ende des Arms entgegengesetzt ist und der sich radial erstreckende Abschnitt nahe dem zweiten Ende des Arms angeordnet ist.
Getriebe nach Anspruch 5, wobei die Zwischenradanordnung selektiv in einer ersten und/oder einer zweiten und/oder einer dritten Position angeordnet ist, und wobei: in der ersten Position die Zwischenradanordnung das erste Zahnradelement und das zweite Zahnradelement nicht berührt; in der zweiten Position die Zwischenradanordnung mit dem ersten Zahnradelement der ersten Welle verzahnt ist und wobei der abgewinkelte Abschnitt des Vorsprungs des Synchronelements den abgewinkelten Abschnitt des Bremsabschnitts der Nut der dritten Welle berührt, und wobei die äußere Oberfläche des Synchronelements die innere Oberfläche des Halteelements berührt; und in der dritten Position die Zwischenradanordnung mit sowohl dem ersten Zahnradelement der ersten Welle als auch dem zweiten Zahnradelement der zweiten Welle verzahnt ist.
Getriebe nach Anspruch 1, wobei das Halteelement einen Flansch aufweist, der unbeweglich an der ersten Seite des Zwischenradelements befestigt ist.
Getriebe nach Anspruch 1, wobei das Zwischenradelement ein Lager umfasst, das an einem inneren Umfang des Zwischenradelements angeordnet ist.
Getriebe mit einer ersten und einer zweiten Welle, die parallel durch ein Gehäuse abgestützt sind, wobei das Getriebe umfasst: ein erstes Zahnradelement, das durch die erste Welle drehbar abgestützt ist; ein zweites Zahnradelement, das durch die zweite Welle drehbar abgestützt ist; eine dritte Welle, die parallel zur ersten und zur zweiten Welle angeordnet ist, wobei die dritte Welle ein erstes Ende und mindestens eine Nut aufweist, und wobei das erste Ende durch das Gehäuse abgestützt ist und die Nut axial an der dritten Welle angeordnet ist; eine Zwischenradanordnung, die durch die dritte Welle drehbar abgestützt ist, wobei die Zwischenradanordnung umfasst: ein Zwischenradelement mit einer ersten Seite, einer zweiten Seite entgegengesetzt zur ersten Seite, einer konischen ersten Nabe, die sich von der ersten Seite erstreckt, und einer zweiten Nabe, die sich von der zweiten Seite erstreckt, und wobei die zweite Nabe eine radiale Nut aufweist; ein Synchronelement mit einem ringförmigen konischen ersten Abschnitt mit einem ersten Ende mit kleinem Durchmesser und einem ringförmigen zweiten Abschnitt, der das erste Ende des ersten Abschnitts teilweise umschließt, und wobei das Synchronelement benachbart zur Nabe des Zwischenradelements angeordnet ist, wobei der zweite Abschnitt des Synchronelements mindestens einen sich radial erstreckenden Vorsprung aufweist, der in der Nut der Zwischenradwelle angeordnet ist; ein ringförmiges Halteelement, das nahe dem Synchronelement und dem Zwischenradelement angeordnet ist, wobei das Halteelement eine innere konische Oberfläche benachbart zu einer äußeren Oberfläche des Synchronelements aufweist; und eine Synchronfeder, die an der dritten Welle angeordnet ist, wobei die Synchronfeder eine Basis und mindestens einen Arm aufweist, und wobei der Arm ein erstes Ende aufweist, das vorwiegend senkrecht zur Basis befestigt ist, und wobei der Arm in der Nut der dritten Welle angeordnet ist; ein selektiv betätigtes Gestängeelement, das teilweise in der Nut der Nabe der zweiten Seite des Zwischenrades angeordnet ist; und wobei die Zwischenradanordnung selektiv entlang der dritten Welle axial beweglich ist, um mit dem ersten und dem zweiten Zahnradelement in Eingriff zu gelangen.
Getriebe nach Anspruch 9, wobei der Arm der Synchronfeder ein zweites Ende entgegengesetzt zum ersten Ende und einen sich radial erstreckenden Abschnitt, der nahe dem zweiten Ende der Synchronfeder angeordnet ist, aufweist.