Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
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Diese Erfindung bezieht sich auf mechanische
Getriebe mit vielen Vorgelegewellen und mit ständigem Eingriff,
insbesondere zur Verwendung in Lastkraftwagen der in dem
US-Patent-Nr. US-A-4.640.145 beschriebenen Bauart, von
dem die in dem ersten Teil des Anspruches 1 definierten
Merkmale bekannt sind. Die Erfindung zeigt eine
verbesserte, Spiel aufweisende
Eingangswellen-Eingangsantriebszahnradanordnung bei solchen Getrieben, die das Rasseln
oder den Lärm minimiert, der erzeugt wird, wenn das
Fahrzeug steht und das Getriebe im Leerlauf befindlich ist,
die Hauptkupplung eingerückt ist und der Motor mit
Leerlaufdrehzahl läuft. Die erfindungsgemäße Anordnung ist
auf die Verbindungselemente des Fahrzeugmotors und des
Getriebes anwendbar.
Beschreibung des verwandten Standes der Technik
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Der in dem US-Patent Nr. 4.640.145 beschriebenen
Bauart gemäße Getriebe mit vielen Vorgelegewellen haben
sich bei Anwendungen in Lastkraftwagen und bei anderen
Schwerlastanwendungen als in hohem Maße akzeptabel
herausgestellt. Jedoch wird, wenn ein Fahrer einen
Lastkraftwagen anhält, um zu essen, zu schlafen oder aus
anderen Gründen, und wenn er den Motor im Leerlauflaufen
läßt, von dem Getriebe ein ständiger unerwünschter Lärm
ausgesendet. Dieses Rasseln oder dieser Lärm wird
ausgelöst, indem der Motor mit einer ungleichmäßigen Drehzahl
läuft oder dreht. Die Motordrehzahl erhöht sich, wenn
eine zündung erfolgt, gefolgt durch ein Verlangsamen bis
die nächst zündung erfolgt. Dieses abwechselnde Erhöhen
und Vermindern der Motorausgangsdrehzahl, das als
Schwanken bekannt ist, verursacht eine nichtkonstante
Eingangsdrehzahl des Getriebes. Jedoch tendiert das
Eingangsgetriebe wegen der Getriebeträgheit dazu, gleichmäßig zu
laufen. Somit neigen die Eingangsantriebsmittel und das
Eingangszahnrad des Getriebes dazu, nichtsynchron zu
laufen und das Ergebnis davon ist ein Rasseln, das sehr
störend sein kann.
Aufgaben und Zusammenfassung der Erfindung
Aufgaben
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Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, Rasseln oder
Lärm zu reduzieren oder zu eliminieren, das bzw. der
typischerweise von einem Lastkraftwagengetriebe ausgeht,
wenn das Fahrzeug steht, das Getriebe im Leerlauf
befindlich ist und der Motor mit Leerlaufdrehzahl arbeitet.
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Mit der verstärkten Betonung auf reduzierten
Getriebelärm für die Umwelt und für den Komfort des Fahrers ist
eine weitere vordringliche Aufgabe der Erfindung, das
Leerlaufrasseln in einer Weise zu reduzieren, die
einfach, auf einfache Weise durchführbar und wirtschaftlich
ist, unabhängig davon, ob sie original in
Getriebeelementen verwirklicht oder nachträglich angewendet wird.
Zusammenfassung
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Die Erfindung, wie sie durch die Merkmale von
Anspruch 1 definiert ist, beseitigt das bei dem Stand der
Technik gemäßen Getrieben vorhandene Rasseln im
wesentlichen. Die Erfindung bekämpft solches unerwünschtes
Leerlaufrasseln durch Erhöhen des Spiels zwischen dem Motor
und dem Getriebe, vorzugsweise zwischen der Eingangswelle
und dem Eingangsantriebszahnrad des Getriebes. Das
vergrößerte Spiel vermindert den Eingriff zwischen der
Eingangswelle und dem Eingangsantriebszahnrad des Getriebes,
wenn der Motor im Leerlauf dreht. Das vergrößerte Spiel
gestattet der Getriebeeingangswelle, sich relativ zu der
Drehzahl des Eingangszahnrades in nahezu konstanter Art
und Weise zu verlangsamen, was das nichtsynchrone Greifen
von Getriebeelementen, nämlich der Anlageflächen der
inneren Profilverzahnungszähne des Eingangszahnrades und
der Eingangswellenprofilverzahnungszähne im wesentlichen
beseitigt.
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Die vorliegende Erfindung ist eine wesentliche
Verbesserung gegenüber den verfügbaren Getrieben mit
mehreren Vorgelegewellen, dahingehend, daß die Anwendung
der Erfindung ein relativ leises Getriebe ergibt, wenn es
im Leerlauf befindlich ist, wenn das Fahrzeug steht und
wenn der Motor im Leerlauf dreht. Die baulichen Mittel
der Erfindung enthalten ein einfaches Vergrößern des
Spieles zwischen der Eingangswelle und dem
Eingangsantriebszahnrad eines Getriebes, das, wenn überhaupt, mit
wenigen Kosten verbunden ist. Das verbesserte Getriebe
mit mehreren Vorgelegewellen erhält seine Laufruhe durch
das erhöhte Spiel, das die Häufigkeit und Intensität des
Auftreffens beim Greifen der Profilverzahnungszähne der
Eingangswellen und der Profilverzahnungszähne des
Antriebszahnrades mildert und eine wesentliche Reduktion
des Rasselns im Leerlauf ergibt.
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Diese und andere Aufgaben und Vorzüge der Erfindung
werden aus den Zeichnungen und der untenstehenden
detaillierten Beschreibung der Erfindung ersichtlich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Fig. 2-3 sind schematische Darstellungen des
erfindungsgemäßen Aufbaus bei unterschiedlichen relativen
Betriebspositionen.
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Fig. 4 ist eine schematische Darstellung des Aufbaus
nach dem Stand der Technik.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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Die verwendete Terminologie dient der bequemeren
Bezugnahme und ist nicht zur Beschränkung des
Schutzbereiches der Erfindung vorgesehen.
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Eine Ausführungsform eines Getriebes mit mehreren
Vorgelegewellen ist in Fig. 1 dargestellt. Ein Getriebe
10 ist von der Bauart mit zwei Vorgelegewellen, jedoch
kann es eine einzelne Vorgelegewelle oder eine höhere
Anzahl von Vorgelegewellen in Verbindung mit der
vorliegenden Erfindung nutzen.
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Das Getriebe 10 enthält eine Eingangswelle 12, die
dazu eingerichtet ist, von einem Primärantrieb E, wie
bspw. einem Dieselmotor, über eine wahlweise ausgerückte,
normalerweise eingerückte, Reibungshauptkupplung C
angetrieben zu werden. Die Eingangswelle 12 trägt ein
Eingangszahnrad 14, das mit der Eingangswelle typischerweise
drehfest über Profilverzahnungen verbunden ist. Ein Paar
Vorgelegewellenanordnungen 16 und 16a und eine
schwimmende Hauptwelle 18 sind vorgesehen. Das veranschaulichte
Getriebe ist ein einfaches Getriebe, jedoch nutzen
Lastkraftwagen häufig Verbundgetriebe mit Haupt- und
Hilfsgruppe.
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Die Vorgelegewellen 20 bzw. 20a tragen Zahnräder 24,
26, 28, 30, 32, 34 bzw. 24a, 26a, 28a, 30a, 32a, 34a. Die
Zahnräder 42, 44, 46 und 48 sitzen auf der Hauptwelle 18
und stehen in ständigem kämmenden Eingriff mit den
Vorgelegewellenzahnrädern und sind von diesen getragen.
Axial verschiebbare schaltkupplungen 56, 58 und 60 sind
über Profilverzahnung mit der Hauptwelle drehfest
verbunden und können wahlweise und individuell eingerückt
werden, um das Eingangszahnrad 14 oder Zahnräder 42, 44,
46 und 48 drehfest mit der Hauptwelle 18 zu verbinden.
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Der Betrieb und strukturelle Eigenschaften des oben
beschriebenen Getriebes der Bauart mit mehreren
Vorgelegewellen sind aus dem Stand der Technik bekannt und
detailliert in unterschiedlichen US-Patenten beschrieben,
einschließlich der US-Patente Nr. 3.105.395, 3.500.695
und 3.799.002, die auf den Anmelder dieser Erfindung
zurückgehen. Im Betrieb treibt die Eingangswelle 12 das
Eingangszahnrad 14, das in ständigem kämmenden Eingriff
mit den Vorgelegewellenzahnrädern 24 und 24a steht, um
die beiden Vorgelegewellenanordnungen 16 und 16a
anzutreiben. Die Vorgelegewellenzahnräder sind ständig mit
den Hauptwellenzahnrädern in Eingriff und somit drehen
das Eingangszahnrad, Vorgelegewellen und
Vorgelegewellenzahnräder sowie die Hauptwellenzahnräder 42, 44, 46 und
48, die insgesamt als "das Eingangsgetriebe" bezeichnet
werden, immer, wenn die Eingangswelle dreht. Der
Fahrzeugführer verursacht eine Bewegung der verschiebbaren
Schaltkupplungen 56, 58 und 60, um das Getriebe zu
schalten, indem eines der Hauptwellenzahnräder mit der
Hauptwelle
18 gekuppelt wird. (Nicht dargestellte)
Schaltgabeln standardmäßigen Designs sind vorgesehen, um die
Schaltkupplungen wahlweise axial zu verschieben, wie es
aus dem Stand der Technik bekannt ist.
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Wenn das Getriebe im Leerlauf befindlich ist, ist
keine der verschiebbaren Kupplungen mit den
Hauptwellenzahnrädern eingerückt und somit ist die Hauptwelle 18
oder die Ausgangswelle des Getriebes nicht angetrieben
und der Fahrzeugantriebsstrang ist nicht angetrieben und
somit in einer drehmomentfreien Betriebsart. Jedoch
treibt die Eingangswelle 12 das Eingangszahnrad 14 und
das Eingangsgetriebe, wenn das Getriebe im Leerlauf
befindlich ist, und das Auftreffen der Profilverzahnung
der Eingangswelle auf die Profilverzahnung des
Eingangszahnrades, das durch Motorschwankungen hervorgerufen
wird, bildet die Quelle des unerwünschten Lärms.
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In den Fig. 2 und 3 ist der verbesserte Aufbau des
Drehspiels schematisch veranschaulicht. Es ist die
drehfeste Verbindung einer äußeren Profilverzahnung 70 der
Eingangswelle 12 mit den inneren Profilverzahnungszähnen
71 des Eingangszahnrades 14 dargestellt. Die äußeren
Profilverzahnungszähne 70 der Eingangswelle 12 haben
triebseitige Flanken 70a und nachlaufseitige Flanken 70b,
die mit Flächen 71a bzw. 71b der inneren
Profilverzahnungszähne 71 des Eingangszahnrades 14 in Anlage kommen.
Die Wechselwirkung der Profilverzahnungen 70 und 71
ergeben einigen Abstand 75 zwischen der nachlaufseitigen
Flanke 70b der äußeren Zähne der Eingangswelle und der
nachlaufseitigen Fläche 71b der inneren Zähne des
Eingangszahnrades. Dieser Abstand 75 ist das Spiel.
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Die Eingangswelle 12 tendiert dazu, sich mit einer
gewissen Drehzahl in Bezug auf das
Eingangsantriebszahnrad 14 zu bewegen, wenn an einem Kolben des
Antriebsmotors eine Zündung erfolgt. Jedoch neigt die
Eingangswellendrehzahl
dazu, sich zwischen Zündungen des Motors
zu verlangsamen, während die Trägheit des umlaufenden
Eingangsgetriebes das Eingangszahnrad veranlaßt, sich mit
im wesentlichen konstanter Drehzahl zu drehen, wodurch
eine abweichende Relativdrehzahl zwischen der
Eingangswelle und dem Eingangsantriebszahnrad erzeugt wird.
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Indem ein größeres als normales Spiel vorgesehen
wird, wird das In-Eingriff-Kommen der nachlaufseitigen
Flanke 70b der Eingangswellenverzahnung 70 mit
entsprechenden Zahnflächen 71b der Eingangszahnradsverzahnung 71
abgeschwächt oder eliminiert, wenn sich die Drehzahl der
Eingangswelle zwischen Zündungen des Motors vermindert.
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Bei dem Stand der Technik wird, wenn überhaupt,
lediglich ein geringes Spiel vorgesehen und der konstante
Wechsel der Relativdrehzahl zwischen der Eingangswelle 12
und dem Eingangsantriebszahnrad 14 verursacht, daß die
triebseitigen Flanken 70a und die nachlaufseitigen
Flanken 70b der Verzahnung 70 mit den Seitenwänden 71a bzw.
71b der Eingangszahnradsverzahnung 71 in Anlage kommen
oder gegen diese schlagen. Dieses In-Eingriff-Kommen
verursacht ein Rasseln, das für den Fahrzeugführer und
für bei dem Fahrzeug befindliche Personen ein
unangenehmer Lärm ist, wenn der Motor im Leerlauf läuft, das
Fahrzeug steht und das Getriebe im Leerlauf befindlich
ist. Die Erfindung mildert das unerwünschte
Leerlaufrasseln in dem Getriebe, indem ein größeres als normales
Spiel vorgesehen wird, um den Eingriff oder Aufschlag der
Zahnflanken der Eingangswelle und der Innenzähne des
Eingangszahnrades zu mildern. Es wird auf Fig. 4
verwiesen, die das normale Spiel zeigt, das nicht
ausreichend ist, um das Aufschlagen der nachlaufseitigen Fläche
70b gegen die Stegwand 71b zu verhindern.
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Es hat sich herausgestellt, daß das Erhöhen des
Spieles von seinem Normalwert von 0,005 Zoll auf ein
größeres Spiel von bis zu 0,080 Zoll in den meisten
Fällen ein Verschwinden und wenigstens ein signifikantes
Abschwächen des Anschlagens der Profilverzahnungszähne
der Eingangswelle 12 an den inneren
Profilverzahnungszähnen des Antriebszahnrades 14 ergibt, wenn sich der
Motor zwischen Zündungen verlangsamt. Jedoch kann das
Spiel in Abhängigkeit von dem Antriebsstrangsystem,
dessen Teil das Getriebe ist, und von der Materialstärke
der in Eingriff befindlichen Profilverzahnungen und Zähne
sogar noch größer sein.
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Indem ein größeres als normales Spiel vorgesehen
wird, ist das Anschlagen bei jeder Änderung der
Relativdrehzahl zwischen der Eingangswelle und dem
Eingangsantriebszahnrad durch die reduzierte Berührung zwischen
den Zähnen der Eingangswellenprofilverzahnung und den
Innenprofilverzahnungszähnen des
Eingangsantriebszahnrades abgeschwächt. Dies ergibt ein ruhigeres Verhalten,
wenn der Motor mit Leerlaufdrehzahl läuft und das
Getriebe im Leerlauf befindlich ist. Die Erfindung gestattet es
außerdem den anderen Getriebeelementen, in nahezu
konstanter Art und Weise zu drehen, was einen reduzierten
Lärm ergibt.
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Es sind Getriebe mit erfindungsgemäßem Aufbau
getestet worden und alle waren hinsichtlich des Eliminierens
des Getrieberasselns erfolgreich, wenn die Getriebe im
Leerlaufzustand befindlich waren und der Motor mit
Leerlaufdrehzahl gelaufen ist.
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Eine solche Verwendung größeren Spieles zum
Beseitigen oder Reduzieren von Lärm, der von einem Getriebe
erzeugt wird, wenn es im Leerlauf befindlich ist und der
Motor mit Leerlaufdrehzahl läuft, kann außerdem bei
anderen Elementen des Antriebsstrangsystemes des
Fahrzeuges angewendet werden, die miteinander im Eingriff
befindliche Teile aufweisen, das heißt innerhalb der
Hauptkupplung oder in den Verbindungsmitteln zwischen der
Hauptkupplung und der Eingangswelle des Getriebes.
Während die Erfindung die besten Ergebnisse bei Anwendungen
erbringt, die mit dem Eingangszahnrad des Getriebes und
diesem vorgelagert in dem Fahrzeugantriebsstrangsystem
beginnen, sind die Merkmale der Erfindung außerdem auf
andere Zahnräder, Kupplungen und Profilverzahnungen eines
Getriebes anwendbar.
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Während das optimale Spiel in dem Bereich von 0,005
bis 0,080 Zoll (1 Zoll 25,4 mm) liegt, könnte das Spiel
außerdem größer sein und die einzigen praktischen
Beschränkungen sind die Materialmenge oder -dicke der
Profilverzahnungszähne und der mit diesen in Eingriff
stehenden Zahnradzähne, um (i) eine ausreichende
Flächenanlage zu erbringen, um ein nachlässiges unwirksames
Einrücken zu verhindern, das von dem Fahrer leicht
wahrnehmbar wäre, und (ii) um die Zähne nicht zu dünn zu
machen, so daß diese während normaler Benutzung brechen.
Die vorstehenden Beschränkungen sind außerdem durch die
Festigkeit des Materiales beeinflußt, aus dem die Stege
und Zähne hergestellt sind.
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Wenn überhaupt, verursacht die Erfindung keine
zusätzlichen signifikanten Kosten zu den
Herstellungskosten des Getriebes, indem sie lediglich eine Sache der
Herstellung des Getriebes mit größerem Spiel ist, wenn es
original hergestellt wird oder eine Nachanpassung des
Getriebes mit modifizierten Teilen betrifft, um das
erhöhte Spiel zu erbringen.