DE3708100A1 - Vorrichtung zum ausschalten des zahnflankenspieles in einem geschwindigkeits-wechselgetriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ausschalten des Zahn­ flankenspieles zumindest zweier miteinander in Eingriff befindli­ cher Zahnradpaare in einem Geschwindigkeits-Wechselgetriebe, ins­ besondere für Kraftfahrzeuge, gemäß dem Oberbegriff des Patentan­ spruches 1.

Eine derartige Vorrichtung zeigt bespielsweise die EP-A 1 66 301, bei der einem jeden zuschaltbaren Zahnrad ein zweites, schmales Zahnrad benachbart ist. Die jeweils miteinander kombinierten Zahn­ räder sind durch eine dazwischenliegende, C-förmige Feder in Dreh­ richtung gegeneinander verspannt, wodurch das Zahnflankenspiel bzw. die dadurch entstehenden Geräusche vermieden sind. Dabei ist für ein jedes Zahnradpaar eine derartige Vorrichtung erforderlich, deren Fertigung und Montage relativ aufwendig ist. Durch das für jedes Zahnradpaar erforderliche, zweite schmälere Zahnrad ergibt sich bei gleicher Übertragungsleistung eine größere axiale Bau­ länge des Getriebes, was insbesondere bei Geschwindigkeits-Wech­ selgetrieben in Kraftfahrzeugen problematisch sein kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine besonders robuste und montage­ leichte Vorrichtung der gattungsgemäßen Art zu schaffen, die zu­ dem ohne Veränderung der Baulänge des Getriebes verwirklichbar ist. Ferner soll die Vorrichtung mit herstellungstechnisch ein­ fachen, kostengünstigen Mitteln verwirklichbar sein.

Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentan­ spruches 1 gelöst. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist jedoch nicht für ein einzelnes Zahnradpaar, sondern nur für zumindest zwei auf gemeinsamen Drehachsen befindliche Zahnradpaare anwend­ bar. Erfindungsgemäß ist eine dritte Drehlagerung, beispielsweise eine Welle oder eine Achse vorgesehen, auf der zwei weitere Zahn­ räder gelagert sind, die gegeneinander drehverspannt sind. Diese Zahnräder üben auf die eigentlichen, kraftübertragenden Getriebe­ zahnräder eine das Zahnflankenspiel ausschaltende Drehverspannung aus. Die Drehverspannung kann durch federnde Mittel oder durch Reibung erzeugende Mittel erzeugt werden.

Weiter vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind den Patentansprüchen 2 bis 9 entnehmbar.

So kann gemäß den Merkmalen der Ansprüche 2 und 3 auf einer Achse des Getriebes ein Zahnrad mit einer Lagerhülse drehbar gelagert sein. Auf dieser Lagerhülse ist das zweite Zahnrad unter Zwischen­ schaltung einer Feder umfangsmäßig begrenzt verdrehbar gelagert. Beim Einbau dieses dritten Zahnradpaares wird beim Zahneingriff mit den zuschaltbaren Zahnrädern des Getriebes eine Drehverspan­ nung vorgenommen, die an den Zahnradpaaren des Getriebes das Zahn­ flankenspiel eliminiert bzw. die Zug- oder Schubflanke der jeweili­ gen Zahnräden federnd an die Gegenflanke der Festzahnräder anlegt.

Besonders vorteilhaft können die die Drehverspannung erzeugenden Zahnräder aus Kunststoff, z. B. Polyamid, hergestellt sein. Dabei kann die Kunststoff-Lagerhülse unmittelbar ohne Verwendung eines Wälzlagers oder Gleitlagers auf der getriebefesten Achse drehbar gelagert sein. Die Zahnräder und die Lagerhülse können gemäß den Merkmalen des Anspruches 5 einstückig und ohne spannende Bearbei­ tung gefertigt sein. Da über diese Zahnräder nicht die Antriebs­ leistung, sondern nur das aus der Federvorspannung sich ergebende Moment übertragen wird, ist kein unzulässiger Verschleiß zu be­ fürchten.

Gemäß den Merkmalen der Ansprüche 6 und 7 können bei einer ein­ heitlichen Anordnung der dritten Drehlagerung auch mehr als zwei Zahnradpaare, beispielsweise bei einem Vier-Gang-Getriebe für ein Kraftfahrzeug alle vier Zahnradpaare, entsprechend drehverspannt werden.

Anstelle von federnden Mitteln für die Drehverspannung kann gemäß den Merkmalen des Anspruches 8 zwischen die beiden Zahnräder eine Reibungskupplung eingeschaltet sein. Dabei kann durch ein unglei­ ches Übersetzungsverhältnis zum Übersetzungsverhältnis zwischen den in Frage stehenden Zahnradpaaren des Getriebes eine Relativ­ drehzahl zwischen den beiden Zahnrädern erzeugt werden, welche dann aufgrund der Reibungskupplung ein das Zahnflankenspiel aus­ schaltendes Bremsmoment ausübt. Alternativ dazu kann eine Drehver­ spannung auch durch axiales Verschieben unter Federkraft eines Zahnrades erzeugt werden, wenn dieses Zahnrad aufgrund der Ver­ schiebebewegung relativ zu dem mit ihm in Eingriff stehenden zu­ schaltbaren Getriebe-Zahnrad eine Verdrehkomponente erhält. Diese Relativverdrehung wird erzielt, indem beispielsweise das Zahnrad schrägverzahnt ist und auf einer achsparallelen Geradverzahnung auf der Lagerhülse axial verschoben wird oder umgekehrt.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im folgenden näher beschrieben. Die schematische Zeichnung dazu zeigt in Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Geschwindigkeits- Wechselgetriebes für Kraftfahrzeuge mit vier Vorwärtsgängen, wobei die Drehlagerungen in einer einheitlichen Zeichenebene dargestellt sind, mit einer dritten Drehlagerung mit Zahnrädern zur Ausschaltung des Zahnflanken­ spiels;

Fig. 2 einen Querschnitt des Getriebes nach Fig. 1;

Fig. 3 ein weiteres Blockschaltbild eines Geschwin­ digkeits-Wechselgetriebes mit vier Gängen und einer Vorrichtung mit drei gegeneinander federnd vorgespannten Zahnrädern zur Aus­ schaltung des Zahnflankenspieles;

Fig. 4 einen Längsschnitt durch ein einstückig aus Kunststoff hergestelltes drittes Zahnradpaar der Vorrichtung;

Fig. 5 einen Querschnitt entlang der Linie V-V der Fig. 4;

Fig. 6 einen weiteren Längsschnitt durch ein eine Drehverspannung bewirkendes drittes Zahnrad­ paar mit einem Federstab als federndes Mit­ tel;

Fig. 7 einen Schnitt gemäß Linie VII-VII der Fig. 6;

Fig. 8 einen Längsschnitt durch ein drittes Zahn­ radpaar der Vorrichtung mit einer Reibungs­ kupplung zur Drehverspannung und

Fig. 9 einen weiteren Längsschnitt mit einem axial verschieblichen Zahnrad des dritten Zahnnad­ paares, wobei die Drehverspannung durch axi­ ales Verschieben des einen Zahnrades erzeugt wird.

In den Fig. 1 und 2 ist als Blockschaltbild ein Geschwindigkeits- Wechselgetriebe (10) für ein Kraftfahrzeug mit vier Vorwärtsgängen dargestellt. Dabei sind auf einer Antriebswelle (12) zwei Fest­ zahnräder (14, 16) und zwei zuschaltbare Loszahnräder (18, 20) an­ geordnet. Die Loszahnräder (18, 20) sind über eine Schaltkupplung (22) drehfest mit der Antriebswelle (12) kuppelbar. Die genannten Zahnräder kämmen mit auf einer Abtriebswelle (24) befindlichen Loszahnrädern (26, 28) bzw. mit den fest angeordneten Festzahn­ rädern (30, 32). Die Loszahnräder (26, 28) sind wiederum über eine Schaltkupplung (34) drehfest mit der Abtriebswelle (24) kuppelbar.

Zusätzlich ist in dem Wechselgetriebe (10), dessen Gehäuse und dessen die Wellen drehbar aufnehmende Wälzlager nicht dargestellt sind, eine dritte Drehlagerung (neben der Antriebswelle 12 und der Abtriebswelle 24) in Form einer drehfesten Achse (36) vorgesehen, auf der im Bereich der Loszahnräder (26, 28) zwei Zahnräder (38, 40) und im Bereich der Loszahnräder (18, 20) zwei weitere Zahnrä­ der (42, 44) drehbar gelagert sind. Die Zahnräder (38, 40) sind über eine Lagerhülse (46) und die Zahnräder (42, 44) über eine wei­ tere Lagerhülse (48) miteinander verbunden. Die Zahnräder (38, 40) sind von gleicher Größe und Zähnezahl wie die in gleicher axialer Flucht liegenden Festzahnräder (14, 16) bzw. bei den Zahnrädern (42, 44) die Festzahnräder (30, 32). Wie mit der gestrichelten Li­ nie (50) angedeutet, ist die Achse (36) eine einzige, geradlinig durchlaufende Achse, die (vgl. Fig. 2) mit den Wellen (12, 24) hin­ sichtlich ihrer Anordnung ein Dreieck bildet.

Die Zahnrader (40) bzw. (42) sind durch federnde oder reibschlüs­ sige Mittel - wie nachfolgend noch detailliert beschrieben - mit der Lagerhülse (46, 48) oder gegebenenfalls unmittelbar mit dem Zahnrad (38, 44) derart verbunden, daß diese eine Drehverspannung auf die miteinander in Eingriff befindlichen Zahnradpaare (14, 26) und (16, 28) bzw. (30, 42) und (32, 44) ausüben. Durch diese Dreh­ verspannung wird ein Zahnflankenspiel zwischen den die Antriebs­ leistung des Wechselgetriebes übertragenden Zahnrädern vermieden.

Die Fig. 3 zeigt ein weiteres Geschwindigkeits-Wechselgetriebe (52) mit vier Vorwärts-Gängen, wobei auf der Antriebswelle (54) lauter Festzahnräder (56, 58, 60, 62) angeordnet sind. Diese Festzahnräder sind mit entsprechenden Loszahnrädern (64, 66, 68, 70) in Eingriff. Die Loszahnräder sind auf der Abtriebswelle (72) drehbar gelagert und über die Schaltkupplungen (74, 76) mit dieser kuppelbar.

Ferner ist im Wechselgetriebe (52) als dritte Drehlagerung eine Welle (78) vorgesehen, die ein Festzahnrad (80) und drei weitere Zahnräder (82, 84, 86) trägt. Die Zahnräder (82, 84, 86) sind durch noch zu beschreibende federnde oder reibschlüssige Mittel verdrehbar zur Welle (78) derart gehalten, daß sie auf die vier leistungsübertragenden Zahnradpaare des Wechselgetriebes (52) eine Drehverspannung ausüben.

Die Fig. 4 und 5 zeigen die Zahnräder (42, 44), die über die La­ gerhülse (48) auf der Achse (36) drehbar gelagert sind. Die Zahn­ räder (42, 44) sind mit der Lagerhülse (48) einstückig aus Kunst­ stoff, z. B. Polyamid, hergestellt. Eine axiale Fixierung der La­ gerhülse wird mittels zwei auf der Achse in entsprechenden Ring­ nuten eingefederten Sicherungsringen (88, 90) bewirkt. Der Zahn­ ring (94) des Zahnrades (42) ist über im Querschnitt (vgl. Fig. 5) etwa S-förmig gebogene Speichen (96) mit der Lagerhülse (48) in Umfangsrichtung begrenzt drehelastisch verbunden, wobei die beiden Verzahnungen auf den Zahnrädern (42, 44) konstruktiv so ausgelegt sind, daß bei einem Ineingriffbringen mit deren korrespondierenden Loszahnrädern (18, 20) eine definierte Drehverspannung, ausgeübt durch die federnden Speichen (96), erzeugt wird. Diese Drehver­ spannung schaltet das Zahnflankenspiel zwischen den Loszahnrädern (18, 20) und den korrespondierenden Festzahnrädern (30, 32) aus. In der dargestellten Weise kann auch die Lagerhülse (46) mit den Zahnrädern (38, 40) gestaltet sein.

Die Fig. 6 und 7 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem als federndes Mittel nicht Speichen (96), sondern eine Runddraht- Biegefeder (98) vorgesehen ist. Die Runddraht-Biegefeder (98) ist in eine Querbohrung (100) der Welle (78) jeweils bei einem der Zahnräder (82, 84) und (86) (in der Fig. 6 und 7 ist das Zahnrad 82 dargestellt) eingesetzt. Die Biegefeder (98) erstreckt sich da­ bei durch einen Bohrungsabschnitt (102) größeren Durchmessers, der eine Verlagerung der Biegefeder (98) über einen definierten Um­ fangswinkel des Zahnrades (82) ermöglicht. Ein um 90 Grad abgebo­ gener Schenkel (104) der Biegefeder (98) greift in eine korrespon­ dierende Bohrung (106) des Zahnrades (82) ein, so daß das auf der Welle (78) drehbar gelagerte Zahnrad (82) um einen definierten Um­ fangwinkel gegen die Kraft der Biegefeder (98) verdrehbar ist. Das Zahnrad (82) ist einerseits an einer Ringschulter (108) und an­ dererseits mittels eines Sicherungsringes (110) auf der Welle (78) axial gesichert. In der gleichen Weise sind die Zahnräder (84, 86) in Drehrichtung um einen definierten Umfangsbereich federnd gehal­ ten. Die Verzahnungen der Zahnräder (80, 82), 84, 86) sind kon­ struktiv so ausgelegt, daß beim Ineingriffbringen mit den Loszahn­ rädern (64, 66, 68, 70) eine Drehverspannung zwischen den vier leistungsübertragenden Zahnradpaaren des Wechselgetriebes (52) auftritt.

Anstelle der gezeigten Biegefeder (78) wäre auch die Verwendung einer etwa C-förmig gewundenen Biegefeder möglich, welche einer­ seits über eine radiale Bohrung an der Welle und andererseits über eine axiale Bohrung in einem Zahnrad festgelegt werden kann.

Die Fig. 8 zeigt eine Vorrichtung ähnlich der Fig. 4 und Fig. 5. Anstelle eines federnden Mittels entsprechend den Speichen (96) ist jedoch an dem Zahnrad (42′) eine Reibungskupplung in Form zweier Reibscheiben (112, 114) in Verbindung mit den Stirnflächen des Zahnrades (42′) und einer Schraubendruckfeder (116) vorgesehen. Die Schraubendruckfeder (116) sowie die beiden Reibscheiben (112, 114) und das Zahnrad (42′) sind auf die Lagerhülse (48′) aufge­ schoben und mittels eines Sicherungsringes (118) in der einen Ver­ schieberichtung axial gehalten. Die Schraubendruckfeder (116) wirkt auf die Reibscheibe (114), wobei das verschiebbare Zahnrad (42′) gegen die weitere Reibscheibe (112) gepreßt wird. Das ge­ genüber der Lagerhülse (48′) verdrehbare Zahnrad (42′) weist hin­ sichtlich seiner Zähnezahl einen Zahn mehr auf als das korrespon­ dierende Festzahnrad (30) (vgl. Fig. 1). Hingegen ist die Zähne­ zahl des Zahnrades (44) gleich der Zähnezahl des korrespondieren­ den Festzahnrades (32). Daraus ergibt sich ein ungleiches Über­ setzungsverhältnis, welches zu einer Relativdrehzahl zwischen den Zahnrädern (42′) und dem Zahnrad (44) führt. Aufgrund dieser Re­ lativdrehzahl entsteht in Fahrbetrieb ein Bremsmoment am Zahnrad (42′), welches das Zahnflankenspiel zwischen den leistungsüber­ tragenden, korrespondierenden Zahnrädern des Wechselgetriebes aus­ schaltet. Die Relativdrehzahl kann auch durch andere als das hier beschriebene Übersetzungsverhältnis erzeugt werden.

Die Fig. 9 zeigt eine weitere Vorrichtung zur Ausschaltung des Zahnflankenspieles, vorgesehen beispielsweise an den Zahnrädern (82, 84, 86) auf der Antriebswelle (78) des Wechselgetriebes (52) gemäß Fig. 3. Dabei ist das dargestellte Zahnrad (82′) welches in bekannter Weise eine Schrägverzahnung (120) aufweist, auf der Welle (78) auf einer darauf angebrachten Kerbverzahnung (122) axial verschiebbar, jedoch unverdrehbar, gehalten. Auf das Zahn­ rad (82′) wirkt eine Schraubendruckfeder (124), die sich einer­ seits an einem Wellenbund (126) abstützt und das Zahnrad (82′) axial gegen einen an der Welle festgelegten Sicherungsring (128) vorspannt. Das Zahnrad (82′) ist um ein Maß s auf der Welle (78′) entgegen der Vorspannkraft der Schraubendruckfeder (124) ver­ schiebbar. Auf diesen Verschiebeweg s ergibt sich aufgrund der Geradverzahnung (122) und der Schrägverzahnung (120) eine Verdreh­ komponente um einen definierten Drehwinkel. Die Verzahnung auf dem Festzahnrad (80) der Welle (78′) und auf dem Zahnrad (82′) ist konstruktiv so ausgelegt, daß der Zahneingriff der beiden Zahnrä­ der (78, 82′) mit deren korrespondierenden Loszahnrädern (64, 66) bei auf der Zeichnung Fig. 9 nach links verschobenem Zahnrad (82′) ohne weiteres möglich ist, daß sich aber aufgrund der Axialver­ schiebung durch die Schraubendruckfeder (124) eine Drehverspannung an den leistungsübertragenden Zahnrädern des Wechselgetriebes (52) einstellt. Das gleiche gilt für die nicht dargestellten Zahnräder (84, 86). Dabei liegt das Zahnrad (82′) nicht an dem Sicherungs­ ring (128) an; dieser dient nur als Montageanschlag.

Es bleibt noch zu erwähnen, daß sich anstelle einer einheitlichen Achse (36) (Fig. 1) oder einer einheitlichen Welle (78) (Fig. 3) auch zwei Achsen oder zwei Wellen verwenden lassen, auf denen je­ weils ein Festzahnrad und ein durch federnde oder reibschlüssige Mittel verdrehbares Zahnrad befinden können.

Die beiden Wellen oder Achsen können in einer einheitlichen Dreh­ achse oder in zueinander versetzten Drehachsen angeordnet sein. Die dargestellten Ausführungsformen sind beliebig kombinierbar oder untereinander austauschbar.

Claims (9)

1. Vorrichtung zum Ausschalten des Zahnflankenspieles zumindest zweier miteinander in Eingriff befindlicher leistungsübertra­ gender Zahnradpaare in einem Geschwindigkeits-Wechselgetriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge, wobei die einen Zahnräder Festzahnräder und die anderen Zahnräder zuschaltbare Loszahn­ räder sind und auf je einer Welle angeordnet sind, gekennzeich­ net durch zumindest eine dritte Drehlagerung (36; 78) für zu­ mindest zwei Zahnräder (38, 40, 42, 44; 80, 82, 84, 86) die mit den zuschaltbaren Loszahnrädern (18, 20, 26, 28; 64, 66, 68, 70) in Eingriff stehen und die durch federnde oder reibschlüs­ sige Mittel (Speichen 96; Biegefeder 98; Reibungskupplung 112, 114, 116; Feder 124, Verzahnung 122) eine Drehverspannung auf die leistungsübertragenden Zahnräder ausüben.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnräder auf der zumindest dritten Drehlagerung durch federnde Mittel in Drehrichtung gegeneinander verspannt sind und das gleiche Übersetzungsverhältnis mit den zuschaltbaren Loszahn­ rädern wie die Festzahnräder aufweisen.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeich­ net, daß ein Zahnrad (z. B. 44) fest mit einer Lagerhülse (48) ausgebildet ist und daß das zweite Zahnrad (z. B. 42) durch eine an der Lagerhülse und am Zahnrad angreifende Feder (Spei­ chen 96; Biegefeder 98) gegenüber dem ersten Zahnrad federnd verdrehbar ist.

4. Vorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Zahnräder und/oder die Lagerhülse aus Kunst­ stoff hergestellt sind.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die Zahnräder (z. B. 42, 44) und die Lagerhülse (48) einteilig aus Kunststoff bestehen, wobei die federnden Mittel zwischen der Lagerhülse (48) und dem einen Zahnrad (42) durch in Drehrichtung federnd nachgiebige Speichen (96) gebildet sind.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die zumindest dritte Drehlage­ rung (Welle 78) mehr als zwei Zahnräder (80, 82, 84, 86) auf­ nimmt, wobei sämtliche Zahnräder gegen ein erstes, wellenfestes Zahnrad (80) drehverspannt sind.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Anspruche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die zumindest dritte Drehlagerung (Achse 36) zumindest vier Zahnräder (38, 40, 42, 44) aufnimmt, wobei jeweils zwei Zahnräder gegeneinander drehverspannt sind.

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein Zahnrad (44 oder 80) fest auf einer Drehlagerung angeordnet und das zumin­ dest zweite Zahnrad (42′) gegenüber dem ersten Zahnrad unter Zwischenschaltung einer Reibungskupplung (Reibscheiben 112, 114) verdrehbar ist und daß deren Übersetzungsverhältnis mit den zuschaltbaren Loszahnrädern ungleich dem Übersetzungsver­ hältnis zwischen den Festzahnrädern und den zuschaltbaren Los­ zahnrädern ist.

9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2, 4, 6, 7, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Zahnrad (z. B. 42 oder 80) fest und das zweite Zahnrad (82′) zum ersten Zahnrad dreh­ fest, aber axial verschiebbar auf der dritten Drehlagerung (Welle 78′) angeordnet sind, daß der Verzahnungswinkel und die axiale Verschieberichtung des zweiten Zahnrades (82′) schräg zueinander verlaufen und daß das zweite Zahnrad durch eine Fe­ der (124) in eine eine Drehverspannung ergebende Verschiebe­ richtung beaufschlagt ist.