DE3873042T2

DE3873042T2 - Kupplungssynchronisiereinheit.

Info

Publication number: DE3873042T2
Application number: DE8888311269T
Authority: DE
Inventors: Kazuhiko Ohtsuki; Toshiaki Okanishi; Gen Yoshii
Original assignee: Kanzaki Kokyukoki Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Kanzaki Kokyukoki Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1987-11-27
Filing date: 1988-11-28
Publication date: 1993-03-11
Anticipated expiration: 2008-11-29
Also published as: US4869353A; JPH0574727B2; DE3873042D1; EP0319233A1; JPH01141235A; EP0319233B1

Description

Diese Erfindung betrifft eine Kupplungssynchronisiereinheit vom Trägheits-Sperr- und Paßfeder-Kupplungssynchronisier-Typ, wie sie vielfach in Fahrzeugen angewandt wird und eine Servowirkung aufweist. Eine solche Kupplungssynchronisiereinheit ist für den Einsatz in Schiffswendegetrieben für Yachten, Motor- und Fischerboote und auch in Schaltgetrieben für Fahrzeuge wie Traktoren und Automobile geeignet.
Eine Kupplungssynchronisiereinheit wird in Schiffswendegetrieben angewandt, um ein Vorwärtszahnrad oder ein Rückwärtszahnrad, die beide drehbar auf einer Ausgangswelle gelagert sind und ständig von einem Motor angetrieben werden, wahlweise mit der Ausgangswelle zu kuppeln, die eine Schiffsschraube trägt, die eine beträchtliche träge Masse hat. Wegen dieser beträchtlichen trägen Masse, die die Ausgangswelle trägt, haben die verbreitet in Schiffswendegetrieben angewandten Kegel- und Mehrscheibenreibungskupplungen eine relativ kurze Lebensdauer infolge Verschleiß der Kupplungsflächen, wenn die Einsatzbedingungen des Schiffes eine wiederholte Vorwärts- und Rückwärtsfahrt erfordern, um Fische in Untiefen zu verfolgen, oder wenn die Schiffsschraube häufig im Bereich geringer Drehzahlen angetrieben wird, wo große Schwankungen des Drehmoments auftreten.
In Automobilen wird eine Kupplungssynchronisierung vom Trägheits-Sperr-Typ generell angewandt, um die Nachteile von Schaltgetrieben oder drehzahländernden Getrieben mit ständigem Eingriff zu überwinden, die daraus resultieren, daß Unterschiede in den Umfangsgeschwindigkeiten zwischen einem antreibenden Zahnrad oder einer Kupplungsmuffe und dem damit zusammenwirkenden Zahnrad einen Stoß bewirken, wenn sie miteinander in Eingriff gebracht werden, was Geräusche sowie Schäden und Verschleiß an den Zahnrädern verursacht. Als eine Kupplungssynchronisierung vom Trägheits-Sperr-Typ wird für Automobile allgemein die Paßfeder-Kupplung (Borg-Warner-Typ) verwendet. In speziellen Automobilen, wie Sportwagen, die einen schnellen Gangwechsel bei hohen Drehzahlen erfordern, wird die Porsche-Kupplung verwendet, welche eine Trägheits-Sperr-Kupplung mit Servowirkung ist.
Eine Paßfeder-Kupplungssynchronisiereinheit ist beispielsweise aus GB-A-1.137.332 bekannt und weist folgende Merkmale auf: eine Transmissionswelle; ein drehbar auf der Transmissionswelle sitzendes Antriebszahnrad mit integriertem Keilprofilring, der eine erste Innenkegelkupplungsfläche hat; eine Nabe, die fest auf der Transmissionswelle montiert ist und eine erste Außenkeilprofilwelle aufweist; eine axial verschiebbare Hülse mit einem zweiten Innenkeilprofil, das mit dem Keilprofilring in Eingriff bringbar ist, wobei die Hülse wegen dieses Eingriffs des ersten und des zweiten Keilprofils gleitend, aber undrehbar auf der Nabe angebracht ist; einen Synchronring mit einer zweiten Außenkegelkupplungsfläche, die in Reibeingriff mit der ersten Kupplungsfläche gebracht werden kann, sowie mit einem dritten Außenkeilprofil, das mit dem zweiten Keilprofil zum Eingriff gebracht werden kann, wobei die Nabe einen Endabschnitt mit vermindertem Durchmesser hat, auf dem der Synchronring gleitend angebracht ist; und eine Paßfeder, die in einer Axialnut am Außenumfang der Nabe gleitet und in der Lage ist, den Synchronring über die erste und zweite Kupplungsfläche in Reibeingriff mit dem Keilprofilring zu bringen, wobei die Paßfeder einen Außenvorsprung aufweist, der von einer ringförmigen Vertiefung im Inneren der Hülse aufgenommen werden kann, und radial nach außen aus der Nabe vorgespannt ist, um vermittels des Vorsprungs nachgiebig mit der Hülse im Eingriff zu sein, so daß, wenn die Hülse aus der Mittellage zum Keilprofilring eingeschoben wird, die Paßfeder zum Synchronring hinbewegt wird.
Im Betriebszustand wird die Paßfeder durch die Synchronisierhülse zum Synchronring geschoben, so daß sich letzterer am zugehörigen Rad abstützt und einen Reibeingriff zwischen den Kegelkupplungsflächen des Synchronrings und des Zahnrads bewirkt. Die synchrone Drehung wird während eines Zeitraums erreicht, während dessen die Verschiebung der Synchronisierhülse zum Zahnrad durch einen Eingriff der abgeschrägten Stirnflächen der Keilprofile am Außenumfang des Synchronrings unterdrückt wird. Nachdem der Synchronlauf von Hülse und Nabe mit dem Zahnrad erreicht ist, wird die Synchronisierhülse über den Synchronring geschoben, so daß das Keilprofil der Hülse mit dem Zahnrad oder dessen Keilprofil in Eingriff kommt. Daraus ist ersichtlich, daß Paßfeder-Kupplungssynchronisierungen relativ wenige Elemente umfassen und die bewegten Elemente davon nahezu ausschließlich gleitende Bewegungen ausführen, so daß die Kupplung zuverlässig arbeitet und von großer Haltbarkeit ist.
In Fällen jedoch, bei denen beim Synchronisiervorgang eine große Energie aufgezehrt werden muß, erfordern selbst solche Paßfeder-Kupplungssynchronisierungen eine große Betätigungskraft und eine verlängerte Synchronisierzeit. Abgesehen davon neigen sie dazu, Geräusche zu verursachen. Ein großes Synchronisiervermögen verbunden mit der Eignung zur Aufzehrung großer Energien vergrößert zwangsläufig die Abmessungen der Kupplung. Im Falle von Schiffswendegetrieben ist es selbst beim Einsatz von Kupplungen großer Abmessungen schwierig, große Energien zu Zeiten aufzuzehren, in denen eine Schiffsschraube, die eine große träge Masse hat, über ein Getriebe in Drehung versetzt werden soll, das ständig vom Motor angetrieben wird.
Wie wohlbekannt ist, hat die Kupplungssynchronisierung vom Porsche-Typ einen federnden Spalt-Synchronring mit einem Spalt zwischen seinen beiden Enden. Dieser Synchronring wird durch eine Verschiebung der Synchronisierhülse zusammengedrückt, so daß aufgrund der Federwirkung des Synchronrings zwischen den gepaarten Flächen von Hülse und Ring eine Reibkraft entsteht. Diese Reibkraft wird nacheinander auf einen Schubkörper, der im Spalt des Synchronrings angeordnet ist, ein halbkreisförmiges, nachgiebiges Bremsband, das in der Nähe der Innenfläche des Synchronrings angeordnet ist, und auf einen kippbaren Verankerungsblock übertragen, der sich in einer Vertiefung am Außenumfang eines Nockenbereichs der Kupplung befindet. Während dieses Übertragungsvorgangs wird die Synchronisierkraft vervielfacht. Eine große Schubkraft, die den Synchronring zum zugehörigen Zahnrad drückt, wird selbständig erzeugt, so daß die Synchrondrehung unter Servokraft oder -wirkung erzielt wird. Daraus ist zu ersehen, daß die erforderliche Synchrondrehung sogar unter den Bedingungen hoher Fahrzeuggeschwindigkeiten schnell erreicht wird.
Andererseits enthält die Kupplung vom Porsche-Typ eine relativ große Anzahl von Elementen, und die bewegten Elemente davon vollführen komplizierte Bewegungsabläufe, so daß die Kupplung teuer ist und Probleme bei der Instandhaltung aufwirft. Sowohl die treibende als auch die getriebene Seite der im Schaltgetriebe eines Fahrzeugs benutzten Kupplungssynchronisierung können vor dem Schaltvorgang eine höhere Drehzahl als die jeweils andere Seite haben, wobei dieser Schaltvorgang in einem Zustand durchgeführt wird, in dem eine Hauptkupplung zwei der oben genannten halbkreisförmigen Bremsbänder nutzt, so daß jeweils eines von ihnen an der Erzeugung eines Bremsmoments teilhaben kann. Folglich nimmt nur jeweils die Hälfte aller Kupplungsflächen an der Servowirkung teil, so daß das Synchronisiervermögen der Kupplung selbst begrenzt ist
In Anbetracht dessen schlägt die vorliegende Erfindung eine Kupplungssynchronisiereinheit vor, die als Grundstruktur eine Trägheits-Sperr- und Paßfeder-Kupplungssynchronisierung aufweist, welche sich im Betrieb als zuverlässig und von großer Standfestigkeit erwiesen hat, bei der die Servowirkung über den gesamten Bereich der kegeligen Kupplungsflächen erzielt wird und bei der nichtsdestoweniger jeglicher ungewollter Eingriff der Kupplung mit Sicherheit vermieden wird, während das Lösen der Kupplung sichergestellt ist.
Eine erfindungsgemäße Kupplungssynchronisiereinheit ist gekennzeichnet:
durch Steuermittel, die zwischen gegenüberliegenden Stirnflächen des Synchronrings und der Nabe als Reaktion auf eine anfängliche Drehbewegung des Synchronrings relativ zur Nabe aufgrund eines anfänglichen Reibeingriffs zwischen den ersten und zweiten Kupplungsflächen wirksam werden, um den Reibeingriff des Synchronrings mit der Nabe zu verstärken und den Synchronring in Richtung Keilprofilring zu bewegen;
durch ein Sperrvorsprungsmittel, das am Außenumfang des genannten Synchronrings vorgesehen ist, um in die Paßfeder einzugreifen und so eine Drehbewegung des Synchronrings zu verhindern, wenn sich die Hülse in ihrer Mittellage befindet, wohingegen, wenn die Paßfeder aus ihrer Mittellage zum Keilprofilring hin um einen bestimmten kleinen Betrag verschoben wird, das Sperrvorsprungsmittel infolge einer Vertiefung in der Paßfeder aus seinem Eingriff mit dieser gelöst wird und dann eine Drehbewegung des genannten Synchronrings ermöglicht; und
durch eine Rampenfläche, die an einer inneren Endfläche der Vertiefung der Paßfeder ausgebildet und näher beim Keilprofilring angeordnet ist, so daß, wenn die Paßfeder axial vom Keilprofilring weg bewegt wird, während das Sperrvorsprungsmittel innerhalb der Vertiefung liegt, die Rampenfläche an das Sperrvorsprungsmittel stößt, so daß der Synchronring in eine solche Richtung gedreht bzw. bewegt wird, daß das Sperrvorsprungsmittel aus der Vertiefung in der Paßfeder herausbewegt wird.
Die Erfindung wird nun im einzelnen anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert, in denen
Fig. 1 eine geschnittene Seitenansicht eines Schiffswendegetriebes ist, in welchem eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kupplungssynchronisiereinheit angewandt wird;
Fig. 2 einen Ausschnitt aus Fig. 1 im vergrößerten Maßstab zeigt;
Fig. 3 ein Längsschnitt eines Teils des in Fig. 2 gezeigten Kupplungsmechanismus in einer anderen Ebene als in Fig. 2 ist;
Fig. 4 ein Querschnitt entlang der Linie IV-IV von Fig. 2 ist;
Fig. 5 eine perspektivische Explosionsdarstellung ist, die verschiedene Elemente des Kupplungsmechanismus von Fig. 2 zeigt;
Fig. 6 eine teilweise geschnittene, perspektivische Darstellung eines Teils des Kupplungsmechanismus von Fig. 2 ist;
Fig. 7 eine teilweise geschnittene, perspektivische Explosionsdarstellung eines Teils des Kupplungsmechanismus von Fig. 2 im vergrößerten Maßstab ist;
Fig. 8 eine Ansicht ähnlich Fig. 7 ist, jedoch mit dem Kupplungsmechanismus im zusammengesetzten Zustand;
Fig. 9 eine Ansicht ähnlich Fig. 8 ist, jedoch mit Darstellung eines anderen Betriebszustandes als in Fig. 8;
Fig. 10(a) bis 10(k) Darstellungen aufeinanderfolgender Funktionsphasen des Mechanismus von Fig. 1 bis 9 sind, wobei der obere Teil jeder dieser Darstellungen jeweils einen halben Längsschnitt des Kupplungsmechanismus zeigt, während der untere Teil dieser Darstellungen eine Abwicklung eines Schnittes entlang einer gedachten Zylinderfläche desjenigen Abschnitts des Kupplungsmechanismus zeigt, der jeweils im oberen Teil der Darstellung gezeigt ist;
Fig. 11A und 11B geschnittene Seitenansichten desjenigen Teils eines Traktorenantriebs sind, in welchem eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung benutzt wird;
Fig. 12 eine Darstellung ähnlich Fig. 7 von einem Teil des Kupplungsmechanismus nach Fig. 11B ist;
Fig. 13(a) bis 13(k) Darstellungen ähnlich den Fig. 10(a) bis 10(k) sind, jedoch den Kupplungsmechanismus von Fig. 11 und 12 betreffend;
Fig. 14(b) bis 14(k) weitere Darstellungen betreffend die Betriebsweise dieser zweiten Ausführungsform sind, ähnlich den unteren Teilen der Fig. 13(a) bis 13(k);
Fig. 15(a), (b) und (c) sowie Fig. 16(a), (b) und (c) Schnittdarstellungen sind, die zwei alternative Ausführungsformen von Steuermitteln zeigen, wie sie bei der zweiten Ausführungsform der Erfindung nach Fig. 11 bis 14 angewandt sind; und
Fig. 17 eine geschnittene Seitenansicht ähnlich Fig. 2 ist, jedoch eine andere Ausführungsform der Rückholfeder als Fig. 2 zeigt.
Die vorliegende Erfindung erlaubt den Aufbau einer Kupplungssynchronisiereinheit mit großem Synchronisiervermögen dank einer Servowirkung über den ganzen Bereich von Kegelkupplungsflächen 29 und 36, eines Keilprofilrings 28 und eines Synchronrings 35. Eine synchronisierte Drehung kann mit relativ geringer Betätigungskraft, in relativ kurzer Zeit und ohne das Entstehen merklicher Geräusche erreicht werden. Im Gegensatz zu den konventionellen Kegelkupplungen, die in Schiffswendegetrieben breite Anwendung finden, werden die Kegelkupplungsflächen 29 und 36 der Kupplungseinheit nach der vorliegenden Erfindung allein zum Zwecke der Synchronisierung der Drehungen genutzt, so daß der Kupplungsverschleiß verglichen mit herkömmlichen Kegelkupplungen stark vermindert ist. Selbst wenn auf solchen Kupplungsflächen schon etwas Verschleiß hervorgerufen worden ist, wird für den Kupplungseingriff allenfalls etwas mehr Zeit benötigt, und es treten auch keine Probleme bei der Drehmomentenübertragung auf, die in einem Zustand erfolgt, in dem die Keilprofile der Hülse 33 im Eingriff mit dem Keilprofilring 28 sind.
Dessen ungeachtet wird ein ungewollter Eingriff des Kupplungsmechanismus aus der Mittellage heraus durch das Zusammenwirken zwischen der Paßfeder 39 und den Sperrvorsprungsmitteln (Anschlägen) 48,49 des Synchronringes 35 mit Sicherheit vermieden. Ferner wird, obwohl ein Wiedereingriff zwischen den Kupplungsflächen 29 und 36 während des Lösens der Kupplung auftreten kann, das Lösen der Kupplung durch die Rampenflächen 51 und 51A der Paßfeder 39 gesichert, selbst wenn sich ein derartiger Wiedereingriff ereignet haben sollte. Daraus kann ersehen werden, daß die Probleme, die aus der Servowirkung erwachsen, in erfindungsgemäßen Kupplungssynchronisiereinheiten erfolgreich gelöst sind.
Die Kupplungssynchronisiereinheit nach der vorliegenden Erfindung hat den Grundaufbau einer Trägheits-Sperr- und Paßfeder-Synchronisierkupplung, die sich als zuverlässig in der Arbeitsweise und als von langer Haltbarkeit erwiesen hat. Ausgehend von einem solchen Grundaufbau sieht die vorliegende Erfindung Steuermittel zwischen dem Synchronring 35 und der Nabe 31, um eine Servowirkung zu erreichen, sowie zusätzliche Elemente für die Paßfeder 39 und den Synchronring 35 vor, um zwei Probleme zu lösen, die von der Servowirkung herrühren. Folglich schafft die vorliegende Erfindung erfolgreich eine Kupplungssynchronisiereinheit, die im wesentlichen alle Vorzüge der üblichen Paßfeder-Synchronisierkupplungen aufweist. Das heißt, die erfindungsgemäße Kupplungssynchronisiereinheit ist einfach im Aufbau, kann mit geringen Kosten hergestellt werden, arbeitet zuverlässig und ist von hoher Haltbarkeit.
Im Falle einer doppelt wirkenden Kupplungssynchronisiereinheit wird eine T-förmige Paßfeder 39 mit einem herabhängenden, beinartigen Abschnitt, der von einem axialen Mittelteil der Paßfeder radial in die Nabe 31 ragt, und mit einem Paar axialer Fortsätze bevorzugt, die sich zu den Synchronringen 35 hin erstrecken. Die beiden axialen Endflächen des oben genannten beinartigen Abschnitts werden als ein Paar von Schubflächen 59 benutzt, um die Synchronringe 35 auf der jeweiligen Seite zu verschieben. Jede der Vertiefungen 50, die eine Drehung jedes Synchronringes 35 erlauben, ist in die Innenflächen jedes der oben erwähnten axialen Fortsätze eingearbeitet.
Was die oben erwähnte Paßfeder angeht, so kann diese Paßfeder mittels ihres beinartigen Abschnitts stabil in der Paßfedernut 38 der Nabe 31 gehalten werden. Jede der oben erwähnten Schubflächen 59 wirkt direkt auf die Stirnfläche des zugehörigen Synchronrings 35 ein, so daß kein zusätzlicher Vorsprung an der Außenfläche des Synchronrings 35 erforderlich ist, an den sich die Paßfeder anlegen müßte. Folglich kann die Positionierung der beiden Vorsprünge 48 und 49 an der Außenfläche des Synchronrings 35 relativ zur Vertiefung 50 der Paßfeder 39 mit Richtigkeit durchgeführt werden. Ferner kann die axiale Länge der Paßfeder 39 leicht so ausgeführt werden, daß sie mit einem ihrer Endabschnitte auf einer Seite zwischen den Anschlägen 48 und 49 des Synchronrings 35 bleibt, selbst wenn die Paßfeder maximal nach der anderen Seite verschoben ist.
Die Fig. 1 bis 10 zeigen eine erste bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welche in einem Schiffswendegetriebe angewandt wird, das in Fig. 1 dargestellt ist.
In Fig. 1 bezeichnet die Bezugszahl 20 ein Getriebegehäuse, welches am Heck eines Bootes (nicht dargestellt) wie z. B. einer Yacht, eines Motorbootes oder eines Fischerbootes montiert ist. Im Gehäuse 20 sind eine Eingangswelle 21 und eine Ausgangswelle 22, die sich nach hinten aus dem Gehäuse erstreckt, gelagert. Die Eingangswelle 21 ist an ihrem vorderen Ende über eine Dämpfungskupplung mit einem Schwungrad (beide nicht dargestellt) eines Motors verbunden, während die Ausgangswelle 22 an ihrem hinteren Ende mit einer Schiffsschraubenwelle (nicht dargestellt) über eine Kupplung verbunden ist, die eine Kupplungshälfte 23 enthält.
Innerhalb des Getriebegehäuses 20 trägt die Eingangswelle 21 fest angebracht ein Vorwärtszahnrad 24 und ein Rückwärtszahnrad 25, welche auf der Welle 21 einen axialen Abstand haben. Auf der Ausgangswelle 22 sind auf I-gern drehbar gelagert ein größeres Vorwärtszahnrad 26, das mit dem Zahnrad 24 im Eingriff steht, und ein größeres Rückwärtszahnrad 27, das mit einem Zwischenrad (nicht dargestellt) im Eingriff steht, welches seinerseits mit dem kleinen Rückwärtszahnrad 25 auf der Eingangswelle kämmt. Folglich bildet jedes dieser Zahnräder 26 und 27 auf der Ausgangswelle ein Antriebszahnrad, das die Welle 22 antreibt, wenn es mit dieser gekoppelt wird.
Wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt, ist jedes dieser Antriebszahnräder 26 und 27 mit einem angeformten Keilprofilring 28 ausgestattet, der einen kleineren Durchmesser und eine kleinere axiale Ausdehnung hat. Jeder dieses Keilprofilringe 28 hat an seinem inneren Umfang eine erste Kegelkupplungsfläche 29. Wie in den Fig. 1 bis 4 gezeigt ist, ist eine Nabe 31 in einer Mittellage zwischen den Zahnrädern 26 und 27 angeordnet und unter Verwendung eines Paares von Paßfedern 30 fest auf der Ausgangswelle 22 montiert. Diese Nabe 31 hat auf ihrer Umfangsfläche Keilprofile 32, wie in den Fig. 5 bis 9 dargestellt ist. Auf der Nabe 31 ist axial verschiebbar eine Hülse 33 angebracht, die ein Innenkeilprofil 34 aufweist (siehe Fig. 5 und 6), das mit jedem der Keilprofilringe 28 zum Eingriff gebracht werden kann. Die Hülse 33 sitzt aufgrund eines Eingriffs zwischen den Keilprofilen 32 und 34 undrehbar auf der Nabe 31. Die Nabe 31 hat ein Paar von Endbereichen 31a mit vermindertem Durchmesser, auf denen ein Paar von Synchronringen 35 gleitend gelagert ist. Jeder dieser Ringe 35 hat am Außenumfang eine zweite Kegelkupplungsfläche 36, die mit der ersten Kegelkupplungsfläche 29 jedes Keilprofilrings 28 in Reibeingriff gebracht werden kann, sowie Keilprofile 37, die mit den Keilprofilen 34 der Hülse 33 zum Eingriff gebracht werden können. Im Außenumfang der Nabe 31 sind drei in Umfangsrichtung beabstandete Axialnuten 38 ausgebildet, in denen entsprechende Paßfedern 39 gleitend Aufnahme finden. Die Elemente der Kupplungseinheit sind in Fig. 5 in Explosionsdarstellung etwas schematisch wiedergegeben.
Wie in Fig. 2 sowie in den Fig. 4 und 5 dargestellt, ist in einem axialen Mittelbereich des Innenumfangs der Hülse 33 durch Verminderung der Höhe des Innenkeilprofils 34 um einen geeigneten Betrag eine ringförmige Vertiefung 40 ausgebildet. In einem Mittelbereich der Außenfläche jeder Paßfeder 39 sind integrale Vorsprünge 41 angeformt, die von der ringförmigen Vertiefung 40 der Hülse aufgenommen werden können. Die Nabe 31 hat drei radiale Bohrungen, deren jede sich in eine Axialnut 38 erstreckt und in denen drei Verriegelungsstifte 42 gleitend aufgenommen sind. Jeder dieser Verriegelungsstifte 42 ist durch eine Feder 43 radial nach außen derart vorgespannt, daß er in eine Kerbe 44 in der Innenfläche der zugehörigen Paßfeder 39 ragt, wenn sich diese in der Mittellage nach Fig. 2 befindet, um die Paßfedern 39 und die Hülse 33 in ihrer neutralen Mittellage zu halten. Die Anordnung ist derart, daß sogar in einem Zustand, in dem jeder Verriegelungsstift 42 außerhalb seiner Kerbe 44 ist, jede Paßfeder 39 durch die jeweilige Feder 43 und den Stift 42, welcher an der Innenfläche der Paßfeder 39 anliegt, radial nach außen vorgespannt ist. Folglich ist der Vorsprung 41 einer solchen Paßfeder 39 unter Vorspannung der Feder 43 in der ringförmigen Vertiefung 40 aufgenommen und die Paßfeder 39 unverschieblich mit der Hülse 33 im Eingriff. Der Vorsprung 41 wird aus der ringförmigen Vertiefung 40 herausbewegt, wenn die Hülse 33 axial in Richtung eines Keilprofilrings 28 verschoben und zugleich die Paßfeder 39 an einer Gleitbewegung in Richtung des Keilprofilrings 28 gehindert wird. Beide axiale Endflächen der ringförmigen Vertiefung 40 und des Vorsprungs 41 sind abgeschrägt, wie in Fig. 2 durch die Bezugszahl 41a am Vorsprung 41 gekennzeichnet, um eine leichte Bewegung des Vorsprungs 41 aus der Vertiefung 40 heraus und wieder in diese hinein zu ermöglichen, wenn die Hülse 33 in einem Zustand axial von einem Keilprofilring 28 weggeschoben wird, in welchem die Paßfeder 39 an einer Gleitbewegung in einer Richtung vom Keilprofilring 28 weg gehindert ist.
Wie in den Fig. 3 bis 5 und in den unteren Teilen der Fig. 10(a)-(h) dargestellt ist, sind in den einander gegenüberliegenden Stirnflächen jeweils drei in Umfangsrichtung beabstandete Steuernuten mit Rampenflächen 45 und 46 ausgebildet. Der Keilprofilring 28, der dem Vorwärtszahnrad 26 zugeordnet ist, hat eine Drehrichtung entsprechend einem Pfeil F in Fig. 10(a), wohingegen der dem Rückwärtszahnrad 27 zugeordnete Keilprofilring eine Drehrichtung hat, die durch den Pfeil R in Fig. 10(a) veranschaulicht ist. Die Rampenflächen 45 und 46 jedes Paares der Steuernuten sind derart geneigt, daß, wenn der Synchronring 35 jeder Seite relativ zur Nabe 31 in der Drehrichtung des auf derselben Seite befindlichen Keilprofilrings 28 bewegt wird, der axiale Abstand zwischen den Rampenflächen 45 und 46 vermindert wird.
Wie in Fig. 5 und in den unteren Teilen der Fig. 10(a) bis 10(k) dargestellt ist, hat jeder Synchronring 35 an seinem Außenumfang drei Paare von ersten und zweiten Sperrvorsprüngen 48 und 49. Diese Sperrvorsprünge sind so angeordnet, daß, wenn sich die Hülse 33 in ihrer in Fig. 10(a) gezeigten Mittellage befindet, jeder erste Sperrvorsprung 48 mit jeder Paßfeder 39 stromauf in bezug auf die Drehrichtung des Keilprofilrings 28 in Eingriff steht, während jeder zweite Sperrvorsprung 49 mit jeder Paßfeder 39 stromab in bezug auf die Drehrichtung des Keilprofilrings 28 im Eingriff steht. Wie in Fig. 2 und in den Fig. 6 bis 9 dargestellt ist, hat jede Paßfeder 39 an ihrer Innenfläche ein Paar von rechten und linken Vertiefungen 50. Wie in der unteren Seitenansicht von Fig. 10(d) bezüglich einer der Vertiefungen 50 gezeigt ist, sind die Vertiefungen 50 jeder Seite so angeordnet, daß, wenn die Paßfeder 39 axial um einen bestimmten kleinen Betrag zum Keilprofilring 28 derselben Seite hinbewegt wird, der erste Sperrvorsprung 48 in die Vertiefung 50 eintreten und so eine Drehbewegung des Synchronrings 35 in Drehrichtung des Keilprofilrings 28 gestatten kann. Die Vertiefung 50 hat erste und zweite axiale Stirnflächen 51 und 52, zwischen denen der erste Sperrvorsprung 48 liegt, wenn dieser in die Vertiefung 50 eintritt. Wie Fig. 10(k) zeigt, ist die über dem Keilprofilring 28 angeordnete erste Stirnfläche 51 als Rampenfläche mit einer solchen Neigung ausgebildet, daß, wenn die Paßfeder 39 bei innerhalb der Vertiefung 50 befindlichem Sperrvorsprung 48 vom Keilprofilring 28 axial wegbewegt wird, die Rampenfläche 51 derart gegen den Sperrvorsprung 48 drückt, daß sie den Synchronring 35 in der zur Drehrichtung des Keilprofilrings 28 entgegengesetzten Drehrichtung bewegt. Der Sperrvorsprung 48 hat einen abgeschrägten Abschnitt, auf den die Rampenfläche 51 einwirkt, wie Fig. 10(f) zeigt. Die axiale Länge der Paßfeder 39 ist in bezug auf die axialen lagen der Sperrvorsprünge 48 und 49 auf den Synchronringen 35 beider Seiten derart bemessen, daß selbst in einem Zustand, bei dem ein Ende der Paßfeder 39 so nah wie möglich am Keilprofilring 28 der einen Seite liegt, das andere Ende der Paßfeder noch immer zwischen den Sperrvorsprüngen 48 und 49 des Synchronrings 35 der anderen Seite liegt.
Wie in den Fig. 7 bis 9 deutlich gezeigt ist, hat jede Axialnut 38 der Nabe 31 eine Bodenfläche, auf der in axialem Abstand zwei Vorsprünge 54 ausgebildet sind. An der Innenfläche jeder Paßfeder 39 sind an deren Ecken zwei Paare von Beinen 55 angearbeitet, die auf den entsprechenden Vorsprüngen 54 aufliegen können. Diese Vorsprünge 54 und Beine 55 sind so angeordnet, daß beide in der Mittellage der Kupplung, wie sie in Fig. 8 dargestellt ist, aufeinander ausgerichtet sind. Wenn die Paßfeder 39 relativ zur Nabe 31 axial bis zu einer Stellung verschoben worden ist, wo die Axialnut 38 die Vorsprünge 54 aufweist, dann wird die Paßfeder 39 durch die Hülse 33, wie in Fig. 9 dargestellt ist, radial nach innen in die Nut 38 gedrückt. Die Höhe jedes Vorsprungs 54 ist so bemessen, daß unter der Bedingung, daß die Beine 55 auf ihm aufliegen, die Paßfeder 39 in einer radialen Stellung gehalten wird, in der der Vorsprung 41 ihrer Außenfläche im Eingriff mit der ringförmigen Vertiefung 40 der Hülse 33 bleibt. Wie aus Fig. 9 ersichtlich ist, hat jedes der Beine 55 eine axiale Ausdehnung, die kleiner als der Abstand zwischen den beiden Vorsprüngen 54 ist. Daraus wird verständlich, daß in einer niedergedrückten Stellung der Paßfeder 39, wie sie in Fig. 9 dargestellt ist, eine axiale Bewegung derselben in jeglicher Richtung durch die Nabe 31 verhindert wird, sobald die Paßfeder über eine Strecke bewegt worden ist, die der lichten Weite zwischen einem der Vorsprünge 54 und einem der Paare von Beinen 55 entspricht und den Anschlag der Beine an einen der Vorsprünge zur Folge hat. Die Paßfeder 39 hat allgemein eine T-Form, weist einen radial nach innen erstreckten Beinabschnitt und ein Paar von axialen Fortsätzen auf, die sich zu den Synchronringen 35 hin erstrecken, und ist so ausgebildet, daß sie die Synchronringe 35 auf der einen oder der anderen Seite durch entsprechende axiale Endflächen 59 des Beinabschnitts (nachfolgend als "Schubflächen" bezeichnet) anstoßen. Jede der Vertiefungen 50 ist an der Innenfläche jedes der axialen Fortsätze so angebracht, daß die oben erwähnten zweiten axialen Stirnflächen 52 mit den Schubflächen 59 zusammenhängend sind.
Wie in den Fig. 2 und 4 dargestellt ist, hat die Nabe 31 drei axiale Durchgangslöcher 57, durch die sich drei Zugfedern 58 erstrecken, deren Enden in den Synchronringen 35 jeder Seite eingehakt sind. Wie Fig. 1 zeigt, ist ein Schieber 60 vorgesehen, der in eine Ringnut am Außenumfang der Hülse 33 eingreift.
Wie in Kupplungssynchronisierungen üblich, sind beide Enden des Innenkeilprofils 34 der Hülse 33 und dasjenige Ende des Außenkeilprofils 37 jedes Synchronrings 35, mit welchem das Innenkeilprofil 34 der Hülse zu kämmen beginnt, V-förmig abgeschrägt. Die Zähne bzw. das Keilprofil der Keilprofilringe 28 sind an ihren Enden, mit denen die Keilprofile 34 der Hülse zu kämmen beginnen, in ähnlicher Weise ausgebildet.
Die Winkelstellung jedes Synchronrings 35 in bezug auf die Nabe 31 in der Mittellage der Kupplung nach Fig. 10(a) ist durch die Anordnung der Sperrvorsprünge 48 und 49 auf dem Synchronring 35 bestimmt und so gewählt, daß die abgeschrägten Enden jedes der Keilprofile 37 auf dem Synchronring 35 in Achsrichtung des Kupplungsmechanismus auf die abgeschrägten Enden eines der Keilprofile 34 der Hülse 33 ausgerichtet sind, wobei die Keilprofile 34 ihrerseits mit dem Keilprofil 32 der Nabe 31 im Eingriff sind bzw. kämmen.
Die Fig. 10(a) bis 10(k) sind Illustrationen zur Erläuterung der Betriebsweise des Kupplungsmechanismus. In jeder dieser Figuren stellt der obere Teil einen Längsschnitt einer Hälfte des Kupplungsmechanismus dar, während der untere Teil einen Längsschnitt einer Hälfte des Kupplungsmechanismus geschnitten entlang einer gedachten Zylinderfläche zeigt. Im unteren Teil sind zum besseren Verständnis nur eines der Keilprofile 34 der Hülse 33, nur zwei der angrenzenden Keilprofile 37 jedes Synchronrings 35 und entsprechend nur zwei angrenzende Keilprofile jedes Keilprofilrings 28 dargestellt.
Fig. 10(a) zeigt die neutrale Mittellage des Kupplungsmechanismus, während Fig. 10(g) den vollständigen Eingriff der beim Blick auf die Fig. 10(a) bis 10(k) linken Kupplung darstellt. Die Fig. 10(b) bis 10(f) illustrieren Zwischenphasen im Verlauf des Kupplungseingriffs, ausgehend von der Mittellage nach Fig. 10(a) bis zum vollständigen Eingriff nach Fig. 10(g), während die Fig. 10(h) und 10(k) Zwischenphasen im Verlauf der Kupplungslösung der linken Kupplung, ausgehend vom vollständigen Eingriff nach Fig. 10(g) zurück zur Mittellage nach Fig. 10(a), illustrieren.
In der Mittellage, die in Fig. 10(a) dargestellt ist, befindet sich jede Paßfeder 39 in der in Fig. 8 gezeigten Lage, wobei deren Vorsprung 41 von der ringförmigen Vertiefung 40 der Hülse 33 aufgenommen ist und wobei unter der Vorspannung der Feder 43 jeder Verriegelungsstift 42 in die Kerbe 44 der Paßfeder 29 hineinragt.
Jedes Ende der Paßfeder 39 ist zwischen den ersten und zweiten Sperrvorsprüngen 48 und 49 des entsprechenden Synchronrings 35 jeder Seite gelegen, so daß beide Synchronringe an einer Drehung relativ zur Nabe 31 gehindert sind. Der in Fig. 2 dargestellte, zum Vorwärtszahnrad 26 gehörende Keilprofilring rotiert in Richtung des Pfeils F, während der gleichfalls in Fig. 2 dargestellte, zum Rückwärtszahnrad 27 gehörende Keilprofilring 28 in Richtung des Pfeils R rotiert.
Wenn die Hülse 33 durch den in Fig. 1 gezeigten Schieber 60 aus der in Fig. 10(a) dargestellten Mittellage beim Blick auf diese Figuren nach links verschoben wird, um das Vorwärtszahnrad 26 mit der Ausgangswelle 22 zu kuppeln, wird die Paßfeder 39, die unverschieblich mit der Hülse verbunden ist, weil der Vorsprung 41 in der ringförmigen Vertiefung 40 sitzt, nach links bewegt, so daß die linke Vertiefung 50 der Paßfeder in die in Fig. 10(b) dargestellte Lage verschoben wird, in welcher diese Vertiefung 50 zwischen den Sperrvorsprüngen 48 und 49 des linken Synchronrings 35 zu liegen kommt und so eine Drehung des Synchronrings 35 gestattet. In dieser Phase kommt das Keilprofil 34 der Hülse 33 mit seinen abgeschrägten Stirnseiten in Anlage mit den abgeschrägten Stirnseiten des Keilprofils 37 des Synchronrings 35, und die Schubfläche 59 (Fig. 6 bis 9) der Paßfedern 39 stößt gegen den Synchronring 35. Obwohl die Beine 55 der Paßfeder sich aus der genauen Ausrichtung mit den Vorsprüngen 54 der Grundfläche der Axialnut 38 entfernen, bleibt der Vorsprung 41 der Paßfeder 39 in der ringförmigen Vertiefung 40 der Hülse 33, und zwar infolge der Vorspannung der Feder 43, die über den Verriegelungsstift 42, der jetzt außerhalb der Kerbe 44 ist, immer noch auf die Paßfeder einwirkt, so daß die Paßfeder unverschieblich in der Hülse 33 angeordnet bleibt.
Eine weitere Verschiebung der Hülse 33 aus der in Fig. 10(b) gezeigten Stellung verursacht eine weitere Gleitbewegung der Schubfläche 59 der Paßfeder, um den Synchronring 35 nach links zu verschieben und so seine zweite Kupplungsfläche 36 gegen die erste Kupplungsfläche 29 des Keilprofilrings 28 zu drücken, wie in Fig. 10(c) dargestellt ist. In dieser Phase wird der Synchronring 35 nach links von der Nabe 31 entfernt, so daß die Kugel 47 in einen Schwebezustand gelangt und sich frei bewegen kann.
Wenn die zweite Kupplungsfläche 36 gegen die erste Kupplungsfläche 29 gepreßt wird, wird der Synchronring 35 gemäß Fig. 10(d) vom rotierenden Keilprofilring 28 mitgenommen, so daß der axiale Abstand zwischen den Rampenflächen 45 und 46 der Steuernuten vermindert wird. Folglich laufen die Kugeln 47 auf diese Rampenflächen 45 und 46 auf und erzeugen eine axiale Kraftkomponente auf den Synchronring 35 in Richtung Keilprofilring 28. Als ein Ergebnis dessen wird der Eingriff zwischen den Kupplungsflächen 29 und 36 verstärkt, so daß das durch den Keilprofilring 28 auf den Synchronring 35 ausgeübte Drehmoment vergrößert wird. Infolgedessen wird die Schubkraft, die über die Kugel 47 und die untere Rampenfläche 45 auf den Synchronring 35 ausgeübt wird, weiter verstärkt. Daraus wird ersichtlich, daß der Eingriffskontakt zwischen dem Synchronring 35 und dem Keilprofilring 28 und damit der Reibeingriff der zweiten Kupplungsfläche 36 mit der ersten Kupplungsfläche 29 mit einer Selbst-Servowirkung fortschreiten.
Als ein Ergebnis der Mitnahme des Synchronrings 35 durch den sich drehenden Keilprofilring 28 aufgrund des Reibeingriffs gelangt in der Phase des Übergangs von Fig. 10(c) nach Fig. 10(d) das Keilprofil 37 des Synchronrings, welches mit der Stromauf-Seite seiner Keilprofil-Fläche mit den abgeschrägten Enden des Keilprofils 34 in Berührung war, nun mit seinen Stromab-Seiten mit den abgeschrägten Stirnflächen in Berührung, wobei der erste Sperrvorsprung 48 des Synchronrings 35 in der Vertiefung 50 der Paßfeder 39 liegt.
Bis durch vollständigen Eingriff der zweiten Kupplungsfläche 36 mit der ersten Kupplungsfläche 29 eine synchrone Drehung des Synchronrings 35 mit dem Keilprofilring 28 erreicht ist, wird die Verschiebung der Hülse 33 nach links durch eine Drehmomentkomponente verhindert, die durch den gegenseitigen Eingriff der abgeschrägten Stirnflächen der Keilprofile 34 und 37 verursacht ist und einer Verschiebung des Keilprofils 34 nach links Widerstand entgegensetzt. Weil der Reibeingriff der zweiten Kupplungsfläche 36 mit der ersten Kupplungsfläche 29 mit der oben beschriebenen Selbst-Servowirkung fortschreitet, wird die synchrone Drehung des Synchronrings 35 infolge des vollen Eingriff zwischen den Kupplungsflächen 29 und 36 von selbst und schnell erreicht. Die synchrone Drehung des Synchronrings 35 wird über die Kugel 47 und die Rampenfläche 46 auf die Nabe 31 übertragen, so daß ein Synchronlauf erreicht ist, bei dem sich der Synchronring 35 und die Nabe 31 (und damit auch die Hülse 33, die durch Eingriff der Keilprofile 32 und 34 undrehbar mit der Nabe 31 gekoppelt ist) mit der gleichen Drehzahl wie der Keilprofilring 28 drehen.
Wenn die synchrone Drehung erreicht worden ist, was der Fig. 10(d) entspricht, wird die Hülse 33 durch die angewandte Betätigungskraft weiter nach links verschoben, wodurch eine geringfügige Drehung der Nabe 31 in die in Fig. 10(e) dargestellte Stellung bewirkt wird, in der das Keilprofil 34 der Hülse 33 mit dem Keilprofil 37 des Synchronrings 35 in Eingriff gelangt. Diese Bewegung der Hülse 33 wird ermöglicht, weil die Nabe 31 in der durch den Pfeil F gekennzeichneten Drehrichtung frei drehbar gegenüber dem Synchronring 35 ist. In der in Fig. 10(d) dargestellten Phase kann die Paßfeder 39 nicht mehr nach links bewegt werden, weil ihre Schubfläche 59 (Fig. 6 bis 9) an die Stirnseite des Synchronrings 35 anstößt, der nun durch den Keilprofilring 28 an einer Bewegung nach links gehindert wird. Wenn folglich die Hülse 33 aus der Stellung nach Fig. 10(d) in diejenige geschoben wird, die in Fig. 10(e) dargestellt ist, bleibt die Paßfeder 39 in der Stellung von Fig. 10(d), so daß die ringförmige Vertiefung 40 an der Innenseite der Hülse 33 den Vorsprung 41 an der Außenseite der Paßfeder 39 verläßt. Als ein Ergebnis dessen wird die Paßfeder 39, wie in Fig. 10(a) dargestellt, nach innen in die Paßfedernut 38 gestoßen bzw. gedrückt. Ferner wird als Folge der geringfügigen Drehbewegung der Nabe 31 in Richtung des Pfeils F relativ zum Synchronring 35 der axiale Abstand zwischen den Rampenflächen 45 und 46 der Steuernuten vergrößert, so daß die Kugel 47, wie in Fig. 10(e) dargestellt, innerhalb der Steuernuten in einen Schwebezustand gelangt.
In der in Fig. 10(e) dargestellten Phase, wo der Eingriff zwischen den Kupplungsflächen 29 und 36 gelöst ist, ist die getriebene Seite der Kupplung und des Leistungsflusses von der Nabe 31 über die Ausgangswelle 22 zu einer Schiffsschraube (nicht dargestellt) mit ihrer großen trägen Masse nun mit der Drehung des linken Keilprofilrings 28 synchronisiert. Folglich kann die Hülse 33 durch die kontinuierlich an sie angelegte äußere Betätigungskraft nach links bewegt werden, um einen weichen Eingriff ihres Keilprofils 34 mit dem Keilprofilring 28 zu erreichen, wie in Fig. 10(f) dargestellt ist. In den Phasen, die in den Fig. 10(e) und 10(f) dargestellt sind, wird ein Wiedereingriff der Kupplungsflächen 29 und 36 wegen des Schwebezustandes der Kugeln 47 in den Steuernuten niemals ausgelöst.
Die Drehung des Keilprofilrings 28 wird nun über die Hülse 33 und die Nabe 31 auf die Ausgangswelle 22 übertragen. Dies bedeutet, daß das Vorwärtszahnrad 26 von Fig. 2 an die Ausgangswelle 22 gekoppelt ist. Im Zustand des vollständigen Eingriff der Kupplung nimmt der Synchronring 35 nicht an der Drehmomentübertragung teil, sondern ist freigegeben, so daß er die in Fig. 10(g) dargestellte Lage einnimmt, in der seine Kupplungsfläche 36 von der Kupplungsfläche 29 des Keilprofilrings 28 unter der Wirkung der Federn 58 getrennt ist. In ähnlicher Weise befindet sich nun auch die Paßfeder 39 in einem freien Zustand, um gemäß Fig. 9 eine freie Lage in dem Spalt zwischen den Vorsprüngen 54 und den Beinen 55 einzunehmen. Die Paßfeder 39 kann daher eine in Fig. 10(g) gezeigte Lage einnehmen, in der sie beim Blick auf Fig. 10(g) an einer Bewegung nach rechts gehindert ist, weil die Beine 55 gemäß Fig. 9 an den Vorsprüngen 54 anliegen.
Während des Einkuppelvorganges des linken Kupplungsmechanismus und auch in der Phase von dessen vollständigem Eingriff liegt ein rechter Endabschnitt der Paßfeder 39 immer zwischen den ersten und zweiten Sperrvorsprüngen 48 und 49 des rechten Synchronrings 35, so daß letzterer an Drehbewegungen gehindert wird und ein zufälliger, selbsttätiger Eingriff des rechten Kupplungsmechanismus nicht auftreten kann. Die durch die Drehung der Nabe 31 verursachte Fliehkraft wirkt auf die rechten Kugeln 47 derart, daß sich diese an die Rampenflächen 45 anlegen und der rechte Synchronring 35 (ohne eine Drehbewegung) nach rechts verschoben werden könnte, was eine Berührung zwischen den Kupplungsflächen 29 und 36 bewirken und zu einem übermäßigen Verschleiß dieser Kupplungsflächen führen könnte. Dies wird durch die Rückstellfeder 58 vermieden, die eine Verschiebung des rechten Synchronrings nach rechts verhindert.
Der Vorgang des Ausrückens des linken Kupplungsmechanismus aus dem in Fig. 10(g) gezeigten Zustand vollständigen Eingriffs bis zur Mittellage nach Fig. 10(a) wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 10(h) bis 10(k) erläutert.
Wenn die Hülse 33 aus der Lage, die in Fig. 10(g) dargestellt ist, unter Benutzung des Schiebers 60 nach Fig. 1 nach rechts verlagert bzw. verschoben wird, wird gemäß Fig. 10(h) das Keilprofil 34 der Hülse aus dem Eingriff mit dem linken Keilprofilring 28 gelöst.
Wenn die Hülse 33 eine Lage erreicht hat, in der das Keilprofil 34 aus den Zwischenräumen des angrenzenden Keilprofils 37 herausgezogen ist, wie im unteren Teil von Fig. 10(i) dargestellt ist, wird der Synchronring 35 in bezug auf die Nabe 31 drehbar. Folglich wird, sofern irgendeine Berührung des Synchronrings 35 mit dem Keilprofilring 28 erfolgt oder sofern sich eine Schicht von Schmiermitteln, Ölschlamm oder dergleichen zwischen Synchronring 35 und Keilprofilring 28 befindet, der Synchronring 35 durch die Drehung des Keilprofilrings 28 veranlaßt, sich in Richtung des Pfeils F zu drehen, so daß der axiale Abstand zwischen den Boden-Rampenflächen 45 und 46 der Steuernuten vermindert wird. Infolgedessen wird der Synchronring 35 durch die Kugel 47 zum Keilprofilring 28 gedrängt, so daß ein Wiedereingriff zwischen den Kupplungsflächen 29 und 36 verursacht werden könnte, wie es in der oberen Seitenansicht der Fig. 10(i) dargestellt ist.
Wenn die Hülse 33 nach rechts geschoben wird, wie es in den Fig. 10(h) und 10(i) dargestellt ist, bleibt die Paßfeder 39 mit ihren Beinen 55, wie in Fig. 9 dargestellt ist, im Eingriff mit den Vorsprüngen 54 auf der Bodenfläche der Axialnut 38. Folglich wird, wenn die Schiebehülse 33 über die im oberen Teil der Fig. 10(i) dargestellte Lage hinaus in eine Lage entsprechend dem oberen Teil der Fig. 10(j) verschoben wird, in welcher die ringförmige Vertiefung 40 in der Innenfläche der Hülse 33 auf den Vorsprung 41 an der Außenseite der Paßfeder 39 ausgerichtet ist, die Paßfeder unter der Vorspannung der Feder 43 radial nach außen gedrückt, so daß der Vorsprung 41 wieder von der ringförmigen Vertiefung 40 aufgenommen wird, wie im oberen Teil von Fig. 10(j) dargestellt ist. Dementsprechend werden die in Fig. 9 dargestellten Beine 55 der Paßfeder auf das Niveau der Oberseiten der Vorsprünge 54 angehoben, so daß die Paßfeder, ausgehend vom Zustand nach Fig. 10(j), in dem Maße nach rechts bewegt wird, wie die Hülse 33 nach rechts verschoben wird.
Während dieser Rechtsbewegung der Paßfeder 39 kommt die erste innere Endfläche 51 der Vertiefung 50 der Paßfeder 39 entsprechend Fig. 10(k) mit dem ersten Sperrvorsprung 48 des Synchronrings 35 in Eingriff. Wenn die Paßfeder 39 durch die Hülse 33 weiter nach rechts geschoben wird, stoßen die geneigten Endflächen oder Rampenflächen 51 gegen den ersten Sperrvorsprung 48 derart, daß sich der Synchronring 35 relativ zur Nabe 31 in einer zum Pfeil F entgegengesetzten Richtung dreht. Durch eine derartige Drehbewegung des Synchronrings 35 kommt die Kugel 47 außer Eingriff von den Boden-Rampenflächen 45 und 46 der Steuernuten, und der Synchronring 35 wird vom Keilprofilring 28 getrennt, so daß auch der Eingriff zwischen den Kupplungsflächen 29 und 36 gelöst wird. Der erste Sperrvorsprung 48 wird sich infolge der Drehbewegung des Synchronrings 35 in der zum Pfeil F entgegengesetzten Richtung aus der Vertiefung 50 herausbewegen. Während der weiteren Verlagerung der Hülse 33 zu ihrer Mittellage hin wird die Paßfeder 39 in ihre in Fig. 10(a) dargestellte Lage bewegt, wo sie sandwichartig zwischen dem ersten und zweiten Sperrvorsprung 48 und 49 des Synchronrings 35 zu liegen kommt.
Während des Lösens des linken Kupplungsmechanismus, das im einzelnen zuvor beschrieben wurde, werden sowohl selbsttätige Eingriffe des rechten Kupplungsmechanismus als auch Berührungen zwischen dem rechten Synchronring 35 und dem Keilprofilring 28 vermieden
Der Kupplungseingriff und das Lösen des rechten Kupplungsmechanismus erfolgen in analoger Weise, wenn man die umgekehrte Drehrichtung des rechten Keilprofilrings 28 in Betracht zieht, wie sie durch den Pfeil R gekennzeichnet ist.
Die Fig. 11A bis 14 beschreiben eine zweite bevorzugte Ausführungsform der Erfindung in einer Fahrzeug-Kraftübertragung, wie sie in Fig. 11A und 11B dargestellt ist.
In den Fig. 11A und 11B sind ein Kupplungsgehäuse 65 und ein Getriebegehäuse 66 in einem Traktor in Längsrichtung hintereinander angeordnet und bilden einen Teil des Fahrzeugkörpers. Im Kupplungsgehäuse 65 ist eine Haupt-Reibungskupplung 67 angeordnet, um bei Bedarf die Krafteinleitung aus dem Motor in das Getriebe zu unterbrechen, während im Getriebe 66 ein Schaltmechanismus untergebracht ist.
Die Hauptkupplung 67 wird bedient, um wahlweise ein Motor-Schwungrad 68 und eine Eingangswelle 69 des Getriebes 66 zu trennen. Innerhalb eines Kupplungsdeckels 70, der auf dem Schwungrad 68 befestigt ist, sind eine Kupplungsscheibe 71, die undrehbar auf der Eingangswelle 69 befestigt ist, eine Druckplatte 72 und eine Membranfeder 73 angeordnet, die sich zusammen mit dem Kupplungsdeckel 70 drehen können. Die Kupplungsscheibe 71 wird durch die Feder 73 und über die Druckplatte 72 angedrückt, um so den Reibeingriff mit dem Schwungrad 68 zu erreichen. Auf der Eingangswelle 69 ist eine Ausrückmuffe 74 gleitend gelagert, in welche eine Ausrückgabel 75 eingreift. Wenn ein in den Zeichnungen nicht dargestelltes Kupplungspedal niedergetreten wird, um das Ausrücklager 74 mittels der Ausrückgabel 75 beim Blick auf Fig. 11A nach links zu bewegen, dann wird die Membranfeder 73, die auch die Funktion eines Satzes von Kupplungshebeln hat, so bewegt, daß sich die Druckplatte 72 von der Kupplungsscheibe 71 wegbewegt und somit die Hauptkupplung gelöst wird.
Die Eingangswelle 69 erstreckt sich mit ihrem hinteren Ende in das Getriebegehäuse 66, wo sie ein fest angebrachtes Eingangszahnrad 76 trägt. Innerhalb des Getriebegehäuses 66 sind weiterhin eine Ausgangswelle 77, die sich koaxial mit der Eingangswelle 69 erstreckt, sowie eine hohle Gegenwelle 79 angeordnet, die drehbar auf einer festen Tragachse 78 montiert und parallel zur Ausgangswelle 77 erstreckt ist. Die Gegenwelle 79 trägt an ihrem vorderen Ende ein fest montiertes Zahnrad 80, das mit dem Eingangszahnrad 76 im Eingriff steht, so daß die Gegenwelle 79 ständig von der Eingangswelle 69 angetrieben wird. An die Gegenwelle 79 sind drei Gegenzahnräder 81, 82 und 83 angeformt, während auf der Ausgangswelle 77 drei Wechselgetriebe-Ausgangszahnräder 84, 85 und 86 drehbar montiert sind. Die Zahnräder 81 und 84 haben direkten Eingriff mit den Zahnrädern 82 bzw. 85, während die Zahnräder 83 und 86 jeweils im Eingriff mit einem Umlenkzahnrad 88 sind, das drehbar auf einem Achsbolzen 87 sitzt, der am Getriebegehäuse befestigt ist.
Das Eingangszahnrad 76 hat einen angeformten Keilprofilring 28, der sich über das stirnseitige Vorderende der Ausgangswelle 77 hinaus erstreckt. In analoger Weise hat jedes der Ausgangszahnräder 84, 85 und 86 auf der Ausgangswelle einen angeformten Keilprofilring 28. Eine doppelt wirkende Kupplungssynchronisiereinheit ähnlich derjenigen der ersten Ausführungsform ist zwischen jedem Paar benachbarter Keilprofilringe 28 angeordnet.
Das Getriebe ermöglicht wahlweise die Schaltung eines ersten bis dritten Vorwärtsganges sowie eines Rückwärtsganges an die Ausgangswelle 77. Die Ausgangswelle 77 ist antriebsmäßig mit der (nicht dargestellten) Hinterachse des Traktors verbunden
Die Kupplungssynchronisierung der zweiten Ausführungsform wird nachstehend ausführlich erläutert, wobei die verschiedenen, oben besprochenen Teile einschließlich der Keilprofilringe 28 mit den gleichen Bezugszahlen wie bei der Beschreibung der ersten Ausführungsform bezeichnet werden.
Wie Fig. 11B zeigt, weist jede der beiden doppelt wirkenden Kupplungssynchronisiereinheiten eine Hülse 33, die verschiebbar, aber mittels einer Keilprofilpaarung undrehbar auf der Nabe 31 montiert ist, ein Paar Synchronringe 35, die verschiebbar auf einen verringerten Querschnitt aufweisenden Endbereichen 31a der Nabe 31 angebracht sind, sowie eine oder mehrere Paßfedern 39 auf, die verschiebbar in einer oder mehreren Paßfedernuten 38 (Fig. 12) im Außenumfang der Nabe 31 sitzen. Alle diese Teile funktionieren in gleicher Weise wie die entsprechenden Teile der ersten Ausführungsform.
Die Kupplungssynchronisiereinheit der ersten Ausführungsform wird in einem Schiffswendegetriebe, das in Fig. 1 gezeigt ist, derart angewandt, daß sich der Keilprofilring 28 vor einem Wirksamwerden der Kupplungssynchronisiereinheit zwecks Umkehrung der Drehrichtung der Ausgangswelle 22 zwangsläufig mit einer höheren Drehzahl als die Ausgangswelle 22 dreht. Mit anderen Worten bewirkt die Kupplungssynchronisiereinheit der ersten Ausführungsform zwangsläufig einen Beschleunigungseingriff, durch den die Ausgangswelle 22 aus einem Zustand niederer Drehzahl in einen Zustand hoher Drehzahl gebracht wird. Im Gegensatz dazu wird die Kupplungssynchronisiereinheit der zweiten Ausführungsform in einem Geschwindigkeitswechselgetriebe benutzt, das zur Drehzahländerung in einer Phase betätigt wird, in der die in Fig. 11A dargestellte Hauptkupplung 67 schon ausgerückt ist. Die Drehzahl des Keilprofilrings 28 vor dem Betätigungsvorgang einer solchen Kupplungssynchronisiereinheit kann in Abhängigkeit von verschiedenen Bedingungen höher oder niedriger als diejenige der Ausgangswelle 77 sein, z. B. in Abhängigkeit davon, bei welchem Gang vorher Eingriff bestand, wie der Kupplungseingriff für den neuen Gang relativ zum lösen der Hauptkupplung zeitlich durchgeführt wird und ob ein Schaltvorgang bei Bergauf- oder Bergabfahrt des Fahrzeugs erfolgt. Folglich muß die Kupplungssynchronisiereinheit so ausgeführt sein, daß sie sowohl ein Herunterschalten, bei dem die Eingangswelle 69 von einer niederen Drehzahl auf eine höhere gebracht wird, als auch ein Heraufschalten ermöglicht, bei dem die Eingangswelle 69 von einer höheren Drehzahl auf eine niedrigere gebracht wird.
Wie in den Fig. 12 und 13(a) dargestellt ist, weist die Paßfeder 39 auf der Seite des Keilprofilrings 28 eine Vertiefung 50 mit einer axialen Stirnfläche auf, welche in entgegengesetzten Richtungen geneigte erste und zweite Rampenflächen 51A und 51B hat. Von den ersten und zweiten Sperrvorsprüngen 48 und 49 des Synchronrings 35 hat der zweite Sperrvorsprung 49 eine Größe ähnlich der des ersten Sperrvorsprungs 48 sowie eine abgeschrägte Fläche, die im wesentlichen parallel zur zweiten Rampenfläche 51B verläuft.
Wie in Fig. 13(a) dargestellt ist, weisen die einander zugewandten Stirnseiten des Synchronrings 35 und der Nabe 31 V-förmige Steuernuten auf, die ein erstes Paar Boden-Rampenflächen 45A und 46A, welche in der gleichen Winkelrichtung geneigt sind, wie die Rampenflächen 45 und 46 der ersten Ausführungsform, und ein zweites Paar Boden-Rampenflächen 45B und 46B haben, die entgegengesetzt geneigt sind. Die Kugel 47 ist in diesen Steuernuten aufgenommen. Die linken und rechten Vertiefungen 50 der Paßfeder 39 sind ähnlich geformt. Dies gilt auch für die linken und rechten Steuernuten, die in der Nabe 31 und den Synchronringen 35 ausgebildet sind.
Die Winkelstellung jedes Synchronrings 35 in bezug auf die Nabe 31 in der in Fig. 13(a) dargestellten neutralen Mittellage der Kupplung ist durch die Lage der ersten und zweiten Sperrvorsprünge 48 und 49 des Synchronrings 35 relativ zur Paßfedernut 38 der Nabe 31 bestimmt. Diese Winkelstellung des Synchronrings 35 in der Mittellage ist in der Weise festgelegt, daß das Keilprofil 34, das mit dem Keilprofil 32 der Nabe 31 im Eingriff steht, axial auf den Zwischenraum zwischen zwei benachbarten Keilen 37 des Synchronrings 35 ausgerichtet ist.
Die übrigen Teile der zweiten Ausführungsform sind wie die entsprechenden Teile der ersten Ausführungsform konstruiert und mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet.
Die Fig. 13(a) bis 13(k) sind Darstellungen der Phasen des Eingriffe und des anschließenden Lösens der Kupplung analog zu den Fig. 10(a) bis 10(k). Es wird angenommen, daß sich der linke Keilprofilring 28 relativ zur Nabe 31 in der Richtung des Pfeils F von Fig. 13(a) dreht.
Während des Heraufschaltens von der in Fig. 13(a) dargestellten Mittellage bis zum vollständigen Eingriff wie er in Fig. 13(g) dargestellt ist, läuft der Kupplungseingriff von der Mittellage über die Zwischenphase von Fig. 13(b) bis zu der in Fig. 13(c) dargestellten Phase in ähnlicher Weise ab, wie oben bezüglich der ersten Ausführungsform bei der Erläuterung der Fig. 10(b) und 10(c) ausgeführt wurde, mit der Ausnahme, daß das Keilprofil 34 der Hülse 33 nicht mit dem Keilprofil 37 des Synchronrings 35 in Berührung kommt.
In der in Fig. 13(c) dargestellten Phase, in welcher der Synchronring 35 durch die Paßfeder 39 nach links bewegt wird, um einen Anfangseingriff zwischen der ersten und zweiten Kupplungsfläche 29 und 36 zu bewirken, wird der Synchronring 35 relativ zur Nabe 31 in Richtung des Pfeils F gedreht, wie in Fig. 13(d) dargestellt ist, so daß der axiale Abstand zwischen den Rampenflächen 45A und 46A vermindert wird. Folglich wird, wie oben bei der ersten Ausführungsform (Fig. 10d) beschrieben wurde, der Synchronring 35 durch die Kugel 47 nach links gedrückt, da die Hülse 33 infolge des Eingriffe der abgeschrägten Endflächen der Keilprofile 34 und 37 an einer Bewegung nach links gehindert wird. Folglich wird spontan und schnell ein vollständiger Eingriff zwischen den Kupplungsflächen 29 und 36 erzielt. Der Synchronring 35 dreht sich nun synchron mit dem Keilprofilring 28, und die Nabe 31 wird durch den Synchronring 35 über die Kugel 47 ebenfalls synchron gedreht.
Im Gegensatz zur ersten Ausführungsform kann die in der zweiten Ausführungsform benutzte Nabe 31 nicht in Drehrichtung des Pfeils F bewegt werden, weil diese Nabe 31 dauernd mit der Hinterachse und mit den Rädern des Fahrzeugs verbunden ist. Hingegen ist die Hauptkupplung 67 (Fig. 11A) jetzt gelöst, so daß jetzt das Keilprofilzahnrad 28 und der Synchronring 35 relativ zur Nabe 31 in einer Richtung entgegen dem Pfeil F frei drehbar sind. Infolgedessen wird, nachdem in der Phase, die in Fig. 13(d) dargestellt ist, eine synchrone Drehung erreicht ist, die Hülse 33 durch die auf sie einwirkende Kraft des Fahrers nach links verschoben, wodurch eine gewisse Drehbewegung des Synchronrings 35 relativ zur Nabe 31 in der zum Pfeil F entgegengesetzten Richtung verursacht wird, so daß das Keilprofil 34 der Hülse 33, wie es in der Fig. 13(e) für einen einzelnen Keil des Keilprofils dargestellt ist, in das Keilprofil 37 des Synchronrings 35 eingreift. Bei der zweiten Ausführungsform wird der erste Sperrvorsprung 48 des Synchronrings 35, wie in der Fig. 13(e) dargestellt ist, als Folge der oben beschriebenen Drehbewegung des Synchronrings 35 aus der Vertiefung 50 der Paßfeder 39 herausbewegt.
Der Synchronring 35 wird in der Phase nach Fig. 13(e) freigegeben. Die Hülse 33 wird durch die weiterhin auf sie einwirkende Betätigungskraft weiter nach links bewegt, so daß der in Fig. 13(f) dargestellte Eingriff ihres Keilprofils 34 und des Keilprofils des Keilprofilrings 28 leicht erreicht wird, wie es auch für die erste Ausführungsform zutrifft, wie oben unter Bezugnahme auf die Fig. 10(f) beschrieben wurde.
Beim vollen Kupplungseingriff nach Fig. 13(g) nehmen der Synchronring 35 und die Paßfeder 39 lagen ein, die ähnlich denen in Fig. 10(g) sind.
Vor dem Lösen des linken Kupplungsmechanismus aus der in Fig. 13(g) dargestellten Phase des vollständigen Eingriffs wird die in Fig. 11A dargestellte Hauptkupplung 67 erneut ausgerückt. In einem Fall, wo sich der Keilprofilring 28 nach dem Lösen der Hauptkupplung schneller als die Nabe 31 in Richtung des Pfeils F in Fig. 13(h) dreht, erfolgt das Kupplungslösen in ähnlicher Weise wie bei der ersten Ausführungsform.
Wenn das Keilprofil 34 der Hülse 33 durch eine Rechtsverschiebung derselben vom Keilprofilring 28, wie in Fig. 13(h) dargestellt ist, und dann auch, wie in Fig. 13(i) dargestellt ist, vom Keilprofil des Synchronrings 35 gelöst ist, kann sich der Synchronring 35 in bezug auf die Nabe 31 drehen, und folglich kann ein Wiedereingriff zwischen den ersten und zweiten Kupplungsflächen 29 und 36, wie in Fig. 13(i) dargestellt ist, verursacht werden. Wenn ein solcher Wiedereingriff ausgelöst wird, tritt der erste Sperrvorsprung 48 des Synchronrings 35 als eine Folge der Drehverlagerung des Synchronrings 35 relativ zur Nabe 31 in Richtung des Pfeils F wieder in die Vertiefung 50 der Paßfeder 39 ein.
Infolgedessen wird der Synchronring 35, nachdem der Vorsprung 41 der Paßfeder 39 entsprechend Fig. 13(j) in die ringförmige Vertiefung 40 der Hülse 33 eingetreten ist, so daß die Paßfeder 39 im Eingriff mit der Hülse 33 gemeinsam gleiten kann, und nachdem die Paßfeder 39 in die Stellung nach Fig. 13(k) verschoben worden ist, in der sich die Rampenfläche 51A an den ersten Sperrvorsprung 48 des Synchronrings 35 anlegt, relativ zur Nabe 31 in einer Richtung entgegen dem Pfeil F gedreht, so daß die in Fig. 13(a) dargestellte Mittellage in einer Weise erreicht wird, wie sie oben im Zusammenhang mit der Fig. 10(k) detailliert beschrieben worden ist. Wenn kein Wiedereingriff der in Fig. 13(i) dargestellten Kupplungsflächen 29 und 36 verursacht wird, nimmt der erste Sperrvorsprung 48 nicht am Ausrückvorgang der Kupplung teil, sondern wirkt im Zusammenspiel mit dem zweiten Sperrvorsprung 49 und der Paßfeder 39 nur als Sperre zur Vermeidung einer Drehung des Synchronrings 35 in der neutralen Mittellage.
Ein Eingriff beim Herunterschalten und das anschließende Lösen der Kupplung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 14(b) bis 14(k) erläutert, die den unteren Teilen der Fig. 13(b) bis 13(k) entsprechen.
Zu Beginn, nachdem die in Fig. 11A dargestellte Hauptkupplung 67 ausgerückt worden ist, dreht sich die Ausgangswelle 77 schneller als der beim Blick auf Fig. 14(b) linke Keilprofilring 28, so daß sich die Nabe 31 relativ zum Keilprofilring 28 in der Richtung des Pfeils F der Fig. 14(b) dreht. Wenn die Nabe 31 aus ihrer in Fig. 13(a) dargestellten Mittellage nach links verschoben wird, schreitet der Vorgang des Einrückens der Kupplung über die in Fig. 14(b) dargestellte Phase zu der in Fig. 14(c) dargestellten Phase fort. Diese Phasen sind dieselben wie die, die in den Fig. 13(b) und 13(c) dargestellt sind.
Wenn der in Fig. 14(c) dargestellte Zustand erreicht ist, in dem ein Eingriff zwischen den Kupplungsflächen 29 und 36 beginnt, wie im oberen Teil von Fig. 13(c) dargestellt ist, wird der Synchronring 35 durch den Keilprofilring 28 mitgenommen, wodurch eine Drehbewegung des Synchronrings 35 relativ zur Nabe 31 verursacht wird. Da die Drehzahl der Nabe 31 größer als diejenige des Keilprofilrings 28 ist, erfolgt diese Drehbewegung des Synchronrings 35 entgegen der Richtung des Pfeils F.
Folglich wird der axiale Abstand zwischen den zweiten Rampenflächen 45B und 46B entsprechend Fig. 14(d) vermindert, und deshalb der Synchronring 35 durch die Schubkraft der auf die Rampenfläche 45B einwirkenden Kugel 47 nach links gedrückt, so daß der volle Eingriff zwischen den Kupplungsflächen 29 und 36 von selbst erreicht wird. Als ein Ergebnis der oben beschriebenen Drehbewegung des Synchronrings 35 dringt sein zweiter Sperrvorsprung 49 in die Vertiefung 50 der Paßfeder 39 ein.
Der Synchronring 35 und die Nabe 31 rotieren nun durch die Kugel 47 gemeinsam, und wegen des vollen Eingriff der Kupplungsflächen 29 und 36 rotieren nun auch der Keilprofilring 28 und der Synchronring 35 synchron. Weil sich die in Fig. 11A dargestellte Hauptkupplung 67 im gelösten Zustand befindet, ist der Synchronring 35 relativ zur Nabe 31 in Richtung des Pfeils F drehbar. Folglich verursacht die durch die auf sie ausgeübte äußere Kraft nach links verschobene Hülse 33 eine gewisse Drehbewegung des Synchronrings 35 in Richtung des Pfeils F relativ zur Nabe 31, so daß das Keilprofil 34 der Hülse 33, wie in Fig. 14(e) dargestellt ist, mit dem Keilprofil 37 des Synchronrings 35 zum Eingriff kommt. Als ein Ergebnis der soeben beschriebenen Drehbewegung des Synchronrings 35 wird dessen zweiter Sperrvorsprung 49 aus der Vertiefung 50 der Paßfeder 39 herausbewegt.
Der Synchronring 35 wird in der in Fig. 14(e) dargestellten Phase freigegeben. Die Hülse 33 wird durch die weiterhin auf sie ausgeübte äußere Betätigungskraft weiter nach links verschoben, so daß ihr Keilprofil 34 ohne Schwierigkeiten mit dem Keilprofilring 28 in Eingriff kommt, wie Fig. 14(f) zeigt.
Die in Fig. 14(g) dargestellte Phase des vollständigen Kupplungseingriffs ist die gleiche, wie sie in Fig. 13(g) dargestellt ist.
Falls die Nabe 31 schneller als der Keilprofilring 28 in Richtung des Pfeils F nach Fig. 14(h) rotiert, kann der Ausrückvorgang für den linken Kupplungsmechanismus, ausgehend von der Phase nach Fig. 14(g), in der aus Fig. 14(h) bis 14(k) ersichtlichen Weise erfolgen, nachdem zuvor die Hauptkupplung 67 gelöst worden ist. Wenn das Keilprofil 34 der Hülse 33, wie in Fig. 14(h) dargestellt ist, vom Keilprofilring 28 gelöst ist, kann sich danach das Keilprofil 37 des Synchronrings 35 relativ zur Nabe 31 beispielsweise infolge einer geringfügigen Berührung mit dem Keilprofilring 28 entgegen der Pfeilrichtung F drehen, so daß wiederum durch die Wirkung der Kugel 47 ein Wiedereingriff der Kupplungsflächen 29 und 36 ähnlich dem ausgelöst werden kann, der im oberen Teil der Fig. 13(i) gezeigt ist.
Wenn ein solcher Wiedereingriff ausgelöst wird, dann tritt der zweite Sperrvorsprung 49 des Synchronrings 35 in die Vertiefung 50 der Paßfeder 39 ein und steht dann, in axialer Richtung der Kupplung, der zweiten Rampenfläche 51B gegenüber, wie in Fig. 14(i) dargestellt ist, und zwar als Folge der Drehverlagerung des Synchronrings 35 relativ zur Nabe 31. Folglich beginnt in ähnlicher Weise, wie oben unter Bezugnahme auf die Fig. 13(j) und 13(k) beschrieben wurde, und nachdem über die in Fig. 14(j) dargestellte Phase der
Zustand gemäß Fig. 14(k) erreicht worden ist, die zweite Rampenfläche 51B gegen den zweiten Sperrvorsprung 49 zu stoßen und dadurch den Synchronring 35 in Richtung des Pfeils F zu drehen. Die in Fig. 13(a) dargestellte Mittellage wird auf diese Weise, wie gefordert, erreicht.
Das Lösen des Kupplungsmechanismus aus dem in den Fig. 13(g) und 14(g) dargestellten Zustand des vollständigen Eingriffs kann entweder nach dem in den Fig. 13(h) bis 13(k) oder nach dem in den Fig. 14(h) bis 14(k) dargestellten Ablauf erfolgen.
Wie nun verständlich wird, ist dieser Ablauf durch die Differenz der Drehzahlen des Keilprofilrings 28 und der Nabe 31 bestimmt, die sich infolge der Trägheit noch weiter drehen, nachdem die Hauptkupplung schon für einen Schaltvorgang getrennt ist. Beispielsweise ist die Drehzahl der Nabe relativ gering, wenn das Fahrzeug bergauf fährt, jedoch relativ hoch, wenn das Fahrzeug bergab fährt.
Die Kupplungssynchronisiereinheit der zweiten Ausführungsform kann ebenfalls in einem Schiffswendegetriebe nach Fig. 1 angewandt werden. In diesem Fall wirkt der zweite Sperrvorsprung 49 des Synchronrings 35 im Zusammenwirken mit der Paßfeder 39 lediglich als eine Sperre zur Vermeidung unerwünschter Drehbewegungen des Synchronrings 35, weil nur ein drehzahlvergrößernder Eingriff des Kupplungsmechanismus durchgeführt wird.
In beiden oben beschriebenen Ausführungsformen enthalten die Steuermittel zwischen den Teilen 31 und 35 eine Kugel 47. Derartige Steuermittel können auch, wie es in den Fig. 15 und 16 dargestellt ist, so ausgestaltet sein, daß sie Rampenflächen 145A, 145B, 146A und 146B aufweisen, die direkt, ohne eine Kugel, zusammenwirken. Jedes der Steuermittel nach Fig. 15 und 16 ist als eine Alternative für die Steuermittel der zweiten Ausführungsform gedacht und enthält ein erstes Paar von Rampenflächen 145A und 146A, die miteinander in Eingriff kommen, wenn der Synchronring 35 relativ zur Nabe 31 in einer ersten Richtung gedreht wird, sowie ein zweites Paar von Rampenflächen 145B und 146B, die miteinander in Eingriff kommen, wenn der Synchronring 35 relativ zur Nabe 31 in der anderen Richtung gedreht wird. Das in Fig. 15 dargestellte Steuermittel weist V-förmige Vorsprünge an der Stirnseite des Synchronrings 35 zur Bildung der Rampenflächen 145A und 145B und V- förmige Vertiefungen an der Stirnseite der Nabe 31 zur Bildung der Rampenflächen 146A und 146B auf, während das Steuermittel nach Fig. 16 V-förmige Vertiefungen an der Stirnseite des Synchronrings 35 zur Bildung der Rampenflächen 145A und 145B und V- förmige Vorsprünge an der Stirnseite der Nabe 31 zur Bildung der Rampenflächen 146A und 146B aufweist
Wenn der Synchronring 35 von der in Fig. 15(a) oder 16(a) dargestellten Mittellage zum Keilprofilring (nicht dargestellt) hin verschoben wird, wie durch einen Pfeil in den Fig. 15(b) und 16(b) angedeutet ist, so daß in der oben beschriebenen Weise ein Anfangseingriff zwischen den Kupplungsflächen hergestellt wird, dann wird der Synchronring 35 relativ zur Nabe 31 verdreht, wie durch den Pfeil in den beiden Fig. 15(c) und 16(c) angedeutet ist, wodurch eine Anlage zwischen dem ersten Paar von Rampenflächen 145A und 146A erreicht wird. Falls der Synchronring 35 in umgekehrter Richtung gedreht wird, erfolgt der Eingriff zwischen dem zweiten Paar von Rampenflächen 145B und 146B.
Die in den beiden Fig. 15 und 16 dargestellten Steuermittel werden insoweit nicht bevorzugt, als die Reibungskraft zwischen den Rampenflächen von Synchronring 35 und Nabe 31 eine Gleitbewegung des Synchronrings 35 behindert. Andererseits trägt ein solches Steuermittel dazu bei, während der Betätigung des Kupplungsmechanismus der einen Seite eine unerwünschte axiale Verlagerung des Synchronrings 35 auf der anderen Seite zu vermindern.
Eine Alternative zur Rückholfeder 58 der ersten Ausführungsform ist in Fig. 17 dargestellt. Anstelle der Zugfeder 58, welche die Synchronringe 35 beider Seiten zusammenzieht, ist zwischen den Antriebszahnrädern 26, 27 sowie den entsprechenden Synchronringen 35 ein Paar von Schraubendruckfedern 158 angeordnet, um jeden der Synchronringe 35 einzeln so vorzuspannen, daß er sich in seine Mittellage bewegt. Obwohl die Anzahl der Rückholfedern hiermit vergrößert wird, erlaubt der Aufbau nach Fig. 17 im Vergleich zu demjenigen nach Fig. 2 eine leichtere Montage der Kupplungssynchronisiereinheit.
Obwohl nur doppelt wirkende Kupplungssynchronisiereinheiten dargestellt wurden, kann die Kupplungssynchronisiereinheit nach der vorliegenden Erfindung naturlich auch einfachwirkend ausgebildet sein und ein einzelnes Zahnrad an eine Transmissionswelle kuppeln.

Claims

1. Kupplungssynchronisiereinheit, enthaltend: eine Transmissionswelle (22); ein Antriebszahnrad (26) mit einem angeformten Keilprofilring (28), das drehbar auf der Transmissionswelle (22) angebracht ist und bei dem der Keilprofilring (28) eine erste Innenkegelkupplungsfläche (29) aufweist; eine Nabe (31), die auf der Transmissionswelle (22) befestigt ist und eine erste Außenkeilprofilwelle (32) aufweist; eine axial verschiebbare Hülse (33) mit einem zweiten Innenkeilprofil (34), das mit dem Keilprofilring (28) in Eingriff bringbar ist, wobei die Hülse (33) infolge des Eingriffs des ersten und zweiten Keilprofils (32 und 34) verschiebbar, aber nicht drehbar auf der Nabe gelagert ist; einen Synchronring (35) mit einer zweiten Außenkegelkupplungsfläche (36), die mit der ersten Kupplungsfläche (29) in Reibungseingriff bringbar ist, und mit einem dritten Außenkeilprofil (37), das mit dem zweiten Keilprofil (34) in Eingriff bringbar ist, wobei die Nabe einen Endbereich (31a) verminderten Durchmessers aufweist, auf dem der Synchronring verschiebbar gelagert ist; und eine Paßfeder (39), die in einer Axialnut (38) am Außenumfang der Nabe gleiten und den Synchronring (35) über die erste und zweite Kupplungsfläche (29, 36) in Reibeingriff mit dem Keilprofilring (28) schieben kann, wobei die Paßfeder (39) einen äußeren Vorsprung (41) aufweist, in einer ringförmigen Vertiefung (40) im Inneren der Hülse (33) aufgenommen werden kann und bezüglich der genannten Nabe radial nach außen vorgespannt ist, um mittels dem Vorsprungs (41) nachgiebig in die genannte Hülse so einzugreifen, daß die Paßfeder (39) in Richtung Synchronring bewegt wird, wenn die Hülse aus ihrer Mittellage zum Keilprofilring (28) hin verschoben wird, gekennzeichnet durch Steuermittel (45, 46, 47; 45A, 45B, 46A, 46B, 47; 145A, 145B, 146A, 146B), die zwischen gegenüberliegenden Stirnflächen des Synchronrings (35) und der Nabe (31) als Reaktion auf eine anfängliche Drehbewegung des Synchronrings (35) relativ zur Nabe (31) aufgrund eines anfänglichen Reibeingriffs zwischen den ersten und zweiten Kupplungsflächen (29, 36) wirksam werden, um den Reibeingriff des Synchronrings mit der Nabe zu verstärken und den Synchronring in Richtung Keilprofilring (28) zu bewegen:

durch ein Sperrvorsprungsmittel (48,49), das am Außenumfang des genannten Synchronrings (35) vorgesehen ist, um in die Paßfeder (39) einzugreifen und so eine Drehbewegung des Synchronrings zu verhindern, wenn sich die Hülse (33) in ihrer Mittellage befindet, wohingegen, wenn die Paßfeder aus ihrer Mittellage zum Keilprofilring (28) hin um einen bestimmten kleinen Betrag verschoben wird, das Sperrvorsprungsmittel infolge einer Vertiefung (50) in der Paßfeder aus seinem Eingriff mit dieser gelöst wird und dann eine Drehbewegung des genannten Synchronrings ermöglicht; und durch eine Rampenfläche (51; 51A, 51B), die an einer inneren Endfläche der Vertiefung (50) der Paßfeder (39) ausgebildet und näher beim Keilprofilring (28) angeordnet ist, so daß, wenn die Paßfeder axial vom Keilprofilring (28) weg bewegt wird, während das Sperrvorsprungsmittel (48,49) innerhalb der Vertiefung (50) liegt, die Rampenfläche an das Sperrvorsprungsmittel stößt, so daß der Synchronring (35) in eine solche Richtung gedreht bzw. bewegt wird, daß das Sperrvorsprungsmittel aus der Vertiefung in der Paßfeder herausbewegt wird.

2. Kupplungssynchronisiereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuermittel ein Paar von in gegenüberliegenden Stirnflächen des Synchronrings (35) und der Nabe (31) ausgebildeten Steuernuten mit Rampenflächen (45,46) und eine Kugel zwischen den Rampenflächen (45,46) aufweist.

3. Kupplungssynchronisiereinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrvorsprungsmittel am Synchronring einen ersten Vorsprung (48), der in der Mittellage die Paßfeder (39) in bezug auf die Drehrichtung des Keilprofilrings (28) von der stromauf liegenden Seite ergreift, und einen zweiten Vorsprung (49) enthält, der sich in der Mittellage auf der stromab liegenden Seite der Paßfeder befindet, und daß diejenige innere Endfläche der Vertiefung (50) der Paßfeder (39), die dem Keilprofilring (28) näher als die andere Endfläche (52) liegt, eine Rampenfläche (51) mit einer solchen Neigung aufweist, daß, wenn die Paßfeder in einem Zustand, bei dem sich der erste Vorsprung (48) in ihrer Vertiefung (50) befindet, axial vom Keilprofilring weg bewegt wird, die Rampenfläche gegen den ersten Vorsprung stößt und so den Synchronring (35) in die zur Drehrichtung des Keilprofilrings (28) entgegengesetzte Richtung dreht.

4. Kupplungssynchronisiereinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Endfläche der Vertiefung(en) (50) der Paßfeder (39) erste und zweite Rampenflächen (51A, 51B) aufweist, wobei die erste Rampenfläche (51A) eine solche Neigung hat, daß, wenn die Paßfeder bei in ihrer Vertiefung (50) befindlichem Vorsprung (48) axial vom Keilprofilring (28) weg geschoben wird, die erste Rampenfläche so gegen den ersten Vorsprung stößt, daß sich der genannte Synchronring (35) in eine zweite Richtung dreht, während die zweite Rampenfläche (51B) eine solche Neigung hat, daß, wenn die Paßfeder bei in ihrer Vertiefung (50) befindlichem zweiten Vorsprung (49) axial vom Kupplungszahnrad weg verschoben wird, die zweite Rampenfläche (51B) so gegen den zweiten Vorsprung stößt, daß sich der Synchronring in die erste Richtung dreht.

5. Kupplungssynchronisiereinheit nach den Ansprüchen 3 oder 4, bei dem die Einheit zwei im axialen Abstand drehbar auf der Transmissionswelle gelagerte Antriebszahnräder aufweist und einen Synchronring (35) für jedes Antriebszahnrad enthält, wobei jedes Antriebszahnrad einen angeformten Keilprofilring (28) mit einer Innenkegelfläche hat, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Synchronringe (35) an seinem Außenumfang einen ersten Vorsprung (48), der in der Mittellage der Hülse (33) in bezug auf die Drehrichtung des Keilprofilrings (28) von der stromauf liegenden Seite her an der Paßfeder (39) anliegt, und einen zweiten Vorsprung (49) aufweist, der in der Mittellage der Hülse (33) auf der stromab liegenden Seite an der Paßfeder anliegt, wobei der erste und zweite Vorsprung des Synchronringpaares in der Weise angeordnet sind, daß selbst für den Fall, daß die Paßfeder (39) an einer Seite in ihrer dem Keilprofilring (28) nahesten Stellung positioniert ist, ein Endabschnitt der Paßfeder an der anderen Seite noch zwischen dem ersten und zweiten Vorsprung des Synchronrings liegt, während ein Paar von Vertiefungen (50) in einer inneren Oberfläche der Paßfeder in einem solchen axialen Abstand angeordnet ist, daß, wenn diese Paßfeder aus ihrer Mittellage um einen bestimmten kleinen Betrag zu einem Keilprofilring (28) hin verschoben wird, jede dieser Vertiefungen jeden dieser ersten Vorsprünge frei gibt und so eine Drehbewegung jedes Synchronrings in der Drehrichtung des Keilprofilrings (28) des genannten Kupplungszahnrades ermöglicht.

6. Kupplungssynchronisiereinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Nabe (31) am Grund ihrer Paßfeder-Aufnahmenut (38) mit Abschnitten (54) versehen ist, die die Axialbewegung der Paßfeder (39) auf einen bestimmten Bereich begrenzen, wenn der Vorsprung (41) dem Paßfeder außerhalb der ringförmigen Vertiefung (40) der Hülse (33) ist und die Paßfeder innerhalb der Paßfeder-Aufnahmenut durch die Hülse radial ins Innere der Nabe gedrückt wird, und daß die innere Endfläche jeder der Vertiefungen (50) der Paßfeder, die dem entsprechenden Keilprofilring (28) näher liegt, eine Rampenfläche (51) mit einer solchen Neigung aufweist, daß, wenn die Paßfeder, während sich jeder der ersten Vorsprünge (48) in ihrer jeweiligen Vertiefung befindet, axial vom Keilprofilring weg bewegt wird, diese Rampenfläche so gegen jeden ersten Vorsprung stößt, daß jeder der Synchronringe (35) in zur Richtung des Keilprofilrings entgegengesetzte Richtung dreht.

7. Kupplungssynchronisiereinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Paßfeder (39) eine T-Form mit einem herabhängenden, beinartigen Abschnitt, der sich von einem axialen Mittelteil der genannten Paßfeder radial in die genannte Nabe (31) erstreckt, und einem Paar von axialen Fortsätzen aufweist, die sich zu dem Paar der genannten Synchronringe (35) hin erstrecken, wobei an den axialen Endflächen des beinartigen Abschnitts ein Paar von Schubflächen (59) angeformt sind, um die Synchronringe (35) selektiv anzustoßen, und wobei das Paar von Vertiefungen (50) in Innenflächen des Paars von axialen Fortsätzen ausgebildet ist.

8. Kupplungssynchronisiereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Paßfeder (39) in einem axialen Mittelbereich einer Innenfläche eine Kerbe (44) aufweist, in die in der Mittellage der Hülse (33) ein durch eine Feder (43) in der genannten Nabe nach außen elastisch vorgespannter Verriegelungsstift (42) eingreift, wobei die Feder das einzige Vorspannmittel bildet, das die Paßfeder bezüglich der genannten Nabe radial nach außen vorspannt.

9. Kupplungssynchronisiereinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Paar von Synchronringen (35) durch eine Zugfeder (58) gegeneinander vorgespannt ist, die sich durch ein axiales Durchgangsloch (57) in der Nabe (31) erstreckt und mit ihren beiden Enden in die Synchronringe eingehakt ist.

10. Kupplungssynchronisiereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Synchronringe (35) durch eine Druckfeder (158), die sich zwischen dem zugehörigen Antriebszahnrad (26,27) und dem Synchronring befindet, in Richtung der Nabe (31) vorgespannt ist (sind).

Zusammenfassung

Kupplungssynchronisiereinheit

In einer Trägheits-Sperr- und Paßfeder-Kupplungssynchronisiereinheit wird der Eingriff zwischen Kegelkupplungsflächen (29, 36) eines Keilprofilrings (28) und eines Synchronrings (35) durch eine Servowirkung von Steuermitteln (Rampenflächen 45, 46 und Kugel 47) selbsttätig verbessert, die zwischen dem Synchronring (35) und einer Nabe (31) angeordnet sind. Zwei Probleme, die aus der Servowirkung erwachsen, werden durch zusätzliche Strukturen an einer Paßfeder (39) und am Synchronring gelöst.

Auf diese Weise wird der ungewollte, spontane Eingriff der Kupplungsmechanismen aus einer Mittellage heraus durch das Zusammenwirken zwischen der Paßfeder und einem Paar von Sperrvorsprüngen (48, 49) am Synchronring mit Sicherheit vermieden. Die Paßfeder hat an einer Innenfläche eine Vertiefung (50), die eine Drehbewegung des Synchronrings gestattet, wenn der Vorgang des Kupplungseinrückens durchgeführt ist. Ferner weist eine Stirnfläche dieser Vertiefung Rampenflächen (51; 51A, 51B) auf, die mit einem der Vorsprünge des Synchronrings zusammenwirken, um den Ausrückvorgang der Kupplung zu sichern, selbst wenn es bei einem solchen Ausrückvorgang aufgrund der Servowirkung zu einem Wiedereingriff der Kupplungsflächen kommt (Fig. 5).