DE102016217301B4

DE102016217301B4 - Lamellenträger eines Lamellenschaltelementes eines Getriebes eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102016217301B4
Application number: DE102016217301.4A
Authority: DE
Inventors: Fabian Kutter; Andreas Braun
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2016-09-12
Filing date: 2016-09-12
Publication date: 2018-11-15
Anticipated expiration: 2036-09-13
Also published as: DE102016217301A1

Abstract

Lamellenträger eines Lamellenschaltelementes eines Getriebes eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine Lamellen-Mitnahmeverzahnung, bei der im Neuzustand alle Zugflanken (B) der Lamellen-Mitnahmeverzahnung bis auf mindestens drei tragende Zugflanken (A), die über den Umfang - bezogen auf den Teilkreis (T) der Lamellen-Mitnahmeverzahnung - äquidistant angeordnet sind, gegenüber den zumindest drei tragenden Zugflanken (A) in Umfangsrichtung versetzt sind, sodass im Neuzustand unterschiedliche Zahnbreiten (a, b) vorliegen, wobei die Lamellen-Mitnahmeverzahnung so ausgebildet ist, dass von den zumindest drei tragenden Zugflanken (A) das maximale Drehmoment nicht übertragen werden kann, so dass es zu Einschlageffekten und Abrieb an den tragenden Zugflanken (A) kommt,so dass sich über die Laufleistung des Getriebes die Zahnbreite (a) der Zähne (1, 9, 17) um den Wert „a-b“ verringert, wodurch sich die zumindest drei tragenden, hervorstehenden Zugflanken (A) an die versetzten Zugflanken (B) angleichen, so dass während der Getriebelebensdauer immer mehr Zähne (1 bis 24) in Eingriff kommen bis die Flächenpressung der Zugflanken (A) auf das ertragbare Maß reduziert ist.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Lamellenträger eines Lamellenschaltelementes eines Getriebes eines Kraftfahrzeugs gemäß den unabhängigen Patentansprüchen 1 und 2.
Zur Übertragung einer Drehbewegung ist aus der DE 10 2008 034 805 B3 eine Kupplungsvorrichtung mit zwei axial über eine Mitnahmeverzahnung gefügten Kupplungsteilen bekannt. Das erste Kupplungsteil ist als Nabe mit Innenverzahnung ausgeführt, während das zweite Kupplungsteil eine koaxial zur Innenverzahnung des ersten Kupplungsteils ausgerichtete und mit dieser Innenverzahnung zusammenwirkende Außenverzahnung aufweist. Um die beiden Kupplungsteile in Umfangsrichtung gezielt gegeneinander zu verspannen, sind an der Innenverzahnung des ersten Kupplungsteil umfangsverteilt fünf Segmente vorgesehen, in denen die ansonsten symmetrisch angeordneten Zähne der Innenverzahnung unterbrochen ist durch jeweils einen Druckkörper, der geometrisch als Einzelzahn ausgebildet und in Umfangsrichtung mittels einer Feder beidseitig elastisch in das erste Kupplungsteil eingespannt ist, sodass diese fünf Einzelzähne das im Zahneingriff der anderen Zähne obligatorisch vorhandene Verzahnungsspiel insbesondere beim Lastwechsel abdämpfen.
Lamellenschaltelemente umfassen Innenlamellen, die mit einer Welle verzahnt sind und Außenlamellen, welche von einem innenverzahnten, rohrförmigen Lamellenträger aufgenommen werden.
Bei Betätigung von Lamellenschaltelementen eines Getriebes kann im Schlupfbetrieb bei vorhandener Differenzdrehzahl an den zu schaltenden Reibpartnern aufgrund von Bauteiltoleranzen eine Schwingung in Form eines Ruckelns bzw. „Shudderns“ auftreten. Diese Schwingungsanregung, auch Momentenungleichförmigkeit genannt, wird durch die Kupplung selber initiiert. Daran beteiligt ist auch die Lamellenverzahnung.
Ein derartiger ruckelnder Kraftschlussaufbau führt zu einem spürbaren Aufschwingen, welches vom Getriebe des Fahrzeugs über den Antriebsstrang in das Fahrzeug eingeleitet und von den Insassen als störend wahrgenommen wird.
Einen maßgeblichen Einfluss auf die Entstehung der Schwingung hat die Maßhaltigkeit der Lamellen-Mitnahmeverzahnung an den Außen- und Innenlamellenträgern der Lamellenschaltelemente. Bedingt durch fertigungstechnische Teilungsfehler der Lamellen-Mitnahmeverzahnung kommt es zu ungleichmäßigem Tragen bzw. zum Nicht-Tragen der Zähne, was die Schwingungsanregung begünstigt. Teilungsfehler können beispielsweise durch die Art des Fertigungsverfahrens entstehen. Oft sind die Lamellenträger fertigungsbedingt nicht ideal rund, weisen also oft einen elliptischen Querschnitt auf, mit der Folge, dass bezogen auf den Teilkreis Teilungsfehler entstehen. Auch kommen in der Praxis Fertigungsverfahren zum Einsatz, bei denen die Abweichungen in der Verzahnung werkzeuggebunden sind.
Der Effekt der Schwingungsanregung tritt überwiegend im Neuzustand auf und verringert sich über die Betriebszeit des Lamellenschaltelements, da Verschleiß die Mitnahmeverzahnungen zueinander angleicht.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Lamellenträger eines Lamellenschaltelementes eines Getriebes eines Kraftfahrzeugs anzugeben, durch dessen Verwendung Schwingungsanregungen bei der Betätigung des Lamellenschaltelementes reduziert bzw. vermieden werden.
Diese Aufgabe wird durch einen Lamellenträger mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 bzw. des Patentanspruchs 2 gelöst. Weitere Ausgestaltungen und Vorteile gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Demnach wird in einem ersten Aspekt der Erfindung ein Lamellenträger eines Lamellenschaltelementes eines Getriebes eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen, umfassend eine Lamellen-Mitnahmeverzahnung, bei der im Neuzustand alle Zugflanken bis auf mindestens drei tragende Zugflanken, die über den Umfang - bezogen auf den Teilkreis der Lamellen-Mitnahmeverzahnung - äquidistant angeordnet sind, gegenüber den zumindest drei tragenden Zugflanken in Umfangsrichtung versetzt sind, sodass im Neuzustand unterschiedliche Zahnbreiten vorliegen. Dabei ist der Versatz so gewählt, dass eine durch fertigungsbedingte Teilungsfehler verursachte unbestimmte oder unsymmetrische Lagerung der Lamellen vermieden wird. Hierdurch werden im Neuzustand des Lamellenträgers Schwingungsanregungen im Zugbetrieb, beispielsweise bei Hochschaltungen, in vorteilhafter Weise vermieden.
Von den zumindest drei tragenden Zugflanken kann das maximale Drehmoment nicht übertragen werden, so dass es zu Einschlageffekten und Abrieb an den tragenden Zugflanken kommt, wodurch sich die zumindest drei tragenden, hervorstehenden Zugflanken an die versetzten Zugflanken angleichen. Somit kommen während der Getriebelebensdauer immer mehr Zähne in Eingriff bis die Flächenpressung der Zugflanken auf das ertragbare Maß reduziert ist.
Die Maximalanzahl der tragenden Zugflanken im Neuzustand entspricht vorzugsweise der Hälfte der Zugflanken der Lamellen-Mitnahmeverzahnung.
Bei drei tragenden Zugflanken wird eine Dreipunktlagerung erzielt. Die Anzahl der tragenden Zugflanken kann auch auf eine höherzahlige Anzahl ausgelegt werden, beispielsweise auf fünf tragende Zugflanken bei einer Fünfpunktlagerung. Der Vorteil einer höherzahligen Lagerung ist die Vermeidung von Anregungseffekten der kritischen niedrigen Ordnungen der Differenzdrehzahl des Lamellenschaltelementes.
In einer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Zugflanken von mindestens drei Zahngruppen von je zwei, drei oder mehreren Zähnen in Umfangsrichtung in Relation zu den übrigen, nicht tragenden Flanken versetzt stehen. Dies hat zur Folge, dass der Ansatz der „Dreipunktlagerung“ nach wie vor gegeben ist, jedoch die Last auf die einzelnen, tragenden Zugflanken entsprechend der Gruppengröße reduziert wird.
In einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Lamellenträger eines Lamellenschaltelementes eines Getriebes eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen, umfassend eine Lamellen-Mitnahmeverzahnung, bei der im Neuzustand alle Schubflanken bis auf mindestens drei tragende Schubflanken, die über den Umfang - bezogen auf den Teilkreis der Lamellen-Mitnahmeverzahnung - äquidistant angeordnet sind, gegenüber den zumindest drei tragenden Schubflanken in Umfangsrichtung versetzt sind, sodass im Neuzustand unterschiedliche Zahnbreiten vorliegen. Dabei ist der Versatz so gewählt, dass eine durch fertigungsbedingte Teilungsfehler verursachte unbestimmte oder unsymmetrische Lagerung der Lamellen vermieden wird. Hierdurch werden im Neuzustand des Lamellenträgers Schwingungsanregungen im Schubbetrieb, beispielsweise bei Rückschaltungen, in vorteilhafter Weise vermieden.
Die in Zusammenhang mit dem Versatz der Zugflanken beschriebenen Vorteile und Ausgestaltungen gelten sinngemäß auch für den Versatz der Schubflanken.
Auch ist es möglich, dass beide Flanken der Lamellen-Mitnahmeverzahnung, also Zugflanke und Schubflanke entsprechend den Erläuterungen für die Zugflanke zurückgenommen ist, mit dem Vorteil, dass durch diese Maßnahme Schwingungsanregungen im Zugbetrieb und im Schubbetrieb vermieden werden können.
Durch die erfindungsgemäße Konzeption wird die eingangs beschriebene unbestimmte oder unsymmetrische Lagerung von Lamellen verhindert und somit die Schwingungsanregung ohne den Einsatz zusätzlicher Bauteile vermieden. Versuche und Dauererprobung haben die Wirksamkeit des Lagerungsprinzips bestätigt.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Figuren beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

1: eine schematische Darstellung des Versatzes der Zugflanken zur Veranschaulichung des der Erfindung zugrundeliegenden Prinzips; und
2: eine schematische Ansicht eines Bauteils mit einer gemäß der Erfindung ausgeführten Lamellen-Mitnahmeverzahnung.

Bezugnehmend auf 1 und 2 wird das der Erfindung zugrundeliegende Prinzip anhand einer Lamellen-Mitnahmeverzahnung mit beispielhaft 24 Zähnen erläutert. Die tragenden Zugflanken der Zähne sind mit A bezeichnet. Gemäß der Erfindung sind im Neuzustand alle Zugflanken B bis auf drei tragende Zugflanken A, die über den Umfang äquidistant angeordnet sind, in Umfangsrichtung versetzt, wodurch unterschiedliche Zahnbreiten vorliegen.
Bei dem gezeigten Beispiel sind die drei tragenden Zugflanken A den Zähnen 1, 9 und 17 zugeordnet, deren Zahnbreite bezogen auf den Teilkreis T₁ mit dem Maß „a“ bezeichnet ist. Alle anderen Zugflanken B, welche den Zähnen 2-8, 10-16 und 18-24 zugeordnet sind, sind in Umfangsrichtung zurückgesetzt, um ein initiales Tragen zu vermeiden. Die Breite der Zähne 2-8, 10-16,18-24, bezogen auf den Teilkreis T₁ , ist mit dem Maß „b“ bezeichnet. Über die Laufleistung des Getriebes verringert sich die Zahnbreite der Zähne 1, 9 und 17 um den Wert „ab“.
In 2 sind die Zähne 1-24 einer anhand 1 beschriebenen Lamellen-Mitnahmeverzahnung mit einer tragenden Zugflanke A sowie einer erfindungsgemäß versetzten Zugflanke B dargestellt.
Die in der 1 für die Zugflanken A und B dargestellte Flankengeometrie wird der Fachmann bei Bedarf auch sinngemäß für die Schubflanken C vorsehen, beispielsweise um ungewünschte Schwingungsanregungen im Schubbetrieb zu vermeiden.
Bezugszeichenliste

1: Zahn
2: Zahn
3: Zahn
4: Zahn
5: Zahn
6: Zahn
7: Zahn
8: Zahn
9: Zahn
10: Zahn
11: Zahn
12: Zahn
13: Zahn
14: Zahn
15: Zahn
16: Zahn
17: Zahn
18: Zahn
19: Zahn
20: Zahn
21: Zahn
22: Zahn
23: Zahn
24: Zahn
A: tragende Zugflanke
B: versetzte Zugflanke
C: Schubflanken
a: Zahnbreite tragender Zähne
b: Zahnbreite zurückversetzter Zähne
T₁: Teilkreisdurchmesser

Claims

Lamellenträger eines Lamellenschaltelementes eines Getriebes eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine Lamellen-Mitnahmeverzahnung, bei der im Neuzustand alle Zugflanken (B) der Lamellen-Mitnahmeverzahnung bis auf mindestens drei tragende Zugflanken (A), die über den Umfang - bezogen auf den Teilkreis (T₁) der Lamellen-Mitnahmeverzahnung - äquidistant angeordnet sind, gegenüber den zumindest drei tragenden Zugflanken (A) in Umfangsrichtung versetzt sind, sodass im Neuzustand unterschiedliche Zahnbreiten (a, b) vorliegen, wobei die Lamellen-Mitnahmeverzahnung so ausgebildet ist, dass von den zumindest drei tragenden Zugflanken (A) das maximale Drehmoment nicht übertragen werden kann, so dass es zu Einschlageffekten und Abrieb an den tragenden Zugflanken (A) kommt, so dass sich über die Laufleistung des Getriebes die Zahnbreite (a) der Zähne (1, 9, 17) um den Wert „a-b“ verringert, wodurch sich die zumindest drei tragenden, hervorstehenden Zugflanken (A) an die versetzten Zugflanken (B) angleichen, so dass während der Getriebelebensdauer immer mehr Zähne (1 bis 24) in Eingriff kommen bis die Flächenpressung der Zugflanken (A) auf das ertragbare Maß reduziert ist.
Lamellenträger eines Lamellenschaltelementes eines Getriebes eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine Lamellen-Mitnahmeverzahnung, bei der im Neuzustand alle Schubflanken (C) der Lamellen-Mitnahmeverzahnung bis auf mindestens drei tragende Schubflanken, die über den Umfang - bezogen auf den Teilkreis (T₁) der Lamellen-Mitnahmeverzahnung - äquidistant angeordnet sind, gegenüber den zumindest drei tragenden Schubflanken (C) in Umfangsrichtung versetzt sind, sodass im Neuzustand unterschiedliche Zahnbreiten (a, b) vorliegen, wobei die Lamellen-Mitnahmeverzahnung so ausgebildet ist, dass von den zumindest drei tragenden Schubflanken (C) das maximale Drehmoment nicht übertragen werden kann, so dass es zu Einschlageffekten und Abrieb an den tragenden Schubflanken (C) kommt, so dass sich über die Laufleistung des Getriebes die Zahnbreite (a) der Zähne (1, 9, 17) um den Wert „a-b“ verringert, wodurch sich die zumindest drei tragenden, hervorstehenden Schubflanken (C) an die versetzten Schubflanken angleichen, so dass während der Getriebelebensdauer immer mehr Zähne in Eingriff kommen bis die Flächenpressung der Schubflanken (C) auf das ertragbare Maß reduziert ist.
Lamellenträger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die über den Umfang äquidistant verteilten, mindestens drei und maximal n tragenden Zugflanken (A) in mindestens drei und maximal n Zahngruppen von zwei, drei, vier oder fünf direkt nebeneinanderliegender Zähne vorkommen.