SE524354C2 - Axelbroms för stegväxlad motorfordonsväxellåda varvid ett första bromselement är integrerat med och utgör en del av axeln - Google Patents

Description

25 30 35 524 354 2 o o - - .. n. , utväxlingar mellan ingående axeln 4 och mellanaxeln 5.

Löphjulen 8, 9, 10 och 11 kan på liknande sätt låsas till huvudaxeln 6 med hjälp av tandkopplingsanordningarna 13 och 14.

Växellådshuset består enligt i figur 1 visat exempel av en kopplingskåpa 15, ett bashus 16 och ett range-hus 17. Inuti kopplingskåpan 15 sitter kopplingen 18 som är koncentrisk med ingående axeln 4. Ovanpå bashuset 16 sitter en reglageenhet 19 som bland annat sköter om i- och urläggning av tandkopplingsanordningarna 12, 13 och 14. Reglageenheten 19 innehåller en elektronisk styrenhet (ej visad).

Tandkopplingsanordningarna kan vara synkroniserade, som 12, eller osynkroniserade, som 13 och 14. En osynkroniserad tandkopplingsanordning har i regel mindre utsträckning i radiell och axiell led än en synkroniserad. Den har därtill klart lägre tillverkningskostnad. Vid iläggning av en växel i växellådan låses ett löphjul rotationsfast till sin axel med hjälp av den anslutande tandkopplingsanordningen. Normalt är det en skillnad i rotationshastighet mellan löphjulet och axeln i början av iläggningsförloppet.

En synkroniserad tandkopplingsanordning innehåller dels en broms som utjämnar skillnaden i rotationshastighet och dels en spärr som hindrar fastlåsning, så kallad inkoppling, innan denna hastighetsskillnad har utjämnats.

Med en osynkroniserad tandkopplingsanordning måste hastighetsskillnaden i regel utjämnas pá annat sätt.

Annars uppkommer ett rasslande oljud vid försök till 10 15 20 25 30 35 524 354 1 - « @ n» inkoppling då rotationshastighetsskillnad föreligger.

Eventuellt kan tandkopplingsanordningen då dessutom skadas.

I moderna lastbilar har motorerna elektronisk styrning.

Med en automatiserad växellåda som i figur 1 kan den elektroniska styrenheten i reglageenheten 19 kommunicera med motorns styrsystem. Vid växeliläggning kan nämnda skillnad i rotationshastighet utjämnas genom att styra motorns rotationshastighet till lämpligt värde. Moderna automatiserade växellådor förses därför av utrymmes- och kostnadsskäl med osynkroniserade tandkopplingsanordningar.

I ett viktigt fall kan dock inte styrning av motorn användas för att utjämna skillnaden i rotationshastighet vid inkoppling av en tandkopplingsanordning. Det är vid iläggning av växel när fordonet är stillastående. Utgående från växellådan i figur 1 kan detta förklaras. Ett stillastående fordon studeras där motorn roterar, kopplingen 18 är inkopplad och växellådan 1 är i neutralläge, vilket gör att ingen av tandkopplingsanordningarna 13 och 14 är inkopplade.

Ingående axeln 4 roterar då med motorns hastighet. Via ett av löphjulen 7 och 8, beroende på läget av tandkopplingsanordningen 12, bringas mellanaxeln 5 att rotera med en hastighet som är proportionell mot motorns. Mellanaxeln 5 bringar de övriga löphjulen 7 eller 8 samt 9, 10 och 11 att rotera proportionellt mot motorns hastighet. Huvudaxeln 6 är rotationsfast låst till fordonets drivhjul och roterar inte i det studerade fallet med stillastående fordon. Alltså fås en skillnad i rotationshastighet mellan huvudaxeln 6 och löphjulen 8, 9, 10 och 11. 10 15 20 25 30 35 n > . ; n; c v f « | .- Vid iläggning av en växel i basväxelládan 2 får först kopplingen 18 urkopplas för att bryta den rotationsfasta läsningen mellan motorn och löphjulen 8, 9, 10 och 11. Därefter behöver rotationshastigheterna på löphjulen 8, 9, 10 och 11 minskas, så att ett av dem kan rotationslásas med huvudaxeln 6 genom inkoppling av en av tandkopplingsanordningarna 13 och 14. Friktion och andra rörelsemotstànd gör att hastigheterna på de roterande delarna i basväxellàdan 2 minskar. Det tar dock flera sekunder innan en växel kan iläggas, vilket är oacceptabelt läng tid.

Automatiserade växellådor med osynkroniserade tandkopplingsanordningar förses därför med en så kallad växellàdsbroms 20 för att åstadkomma en snabbare växeliläggning. En sådan växellådsbroms kan även användas för att minska rotationshastigheter vid växling från en växel till en högre växel med lägre utväxling.

I figur 1 verkar växellàdsbromsen 20 pá mellanaxeln 5.

Vid ansättning av mellanaxelbromsen 20 kommer rotationshastigheten pä mellanaxeln 5 att minskas liksom för löphjulen.

Figur 2 visar mellanaxelbromsen 20 uppförstorat. I ett lock 21, som är fastskruvat i kopplingskápan 15, är en kolv 22 placerad. Vid ansättning förs tryckluft in i en kammare 23 genom en öppning 24 i locket 21 från en ej visad ledning. Det därigenom ökade trycket i kammaren 23 för kolven 22 ät höger. Kolven 22 kommer då att trycka ett lamellpaket 25 mot en platta 26.

Lamellpaketet 25 består omväxlande av utvändigt tandade lameller 27 och invändigt tandade lameller 28. 10 15 20 25 30 35 | a ~ - .; 524 354 z"'=z"='-.__._.-' ~ e < = f.

Figur 3 visar en utvändigt tandad lamell 27 och en invändigt tandad lamell 28 enligt figur 2. Tänderna 27a på de utvändigt tandade lamellerna 27 passar i motsvarande urtag (ej visade) i locket 21. De utvändigt tandade lamellerna 27 blir på så sätt axiellt rörliga men kan ej rotera. De invändiga tänderna 28a är i ingrepp med utvändiga tänder 29 på mellanaxeln 5. De invändigt tandade lamellerna 28 är därmed axiellt rörliga men rotationsfast låsta till mellanaxeln 5.

Rutmönstret i figur 3 på de invändigt tandade lamellerna 28 representerar ett friktionsbelägg.

Om mellanaxeln 5 roterar, då lamellpaketet 25 kläms ihop mellan kolven 22 och plattan 26, kommer tangentiella friktionskrafter att uppstå mellan de icke-roterande lamellerna 27 och de roterande lamellerna 28. Friktionskrafterna orsakar ett vridmoment som är motriktat rotationen på mellanaxeln 5. Därför kommer rotationshastigheten på mellanaxeln 5 att bromsas ned.

Arrangemanget i lamellpaketet 25 med ett flertal icke- roterande lameller 27 som har med mellanaxeln S roterande lameller 28 mellan sig gör att tangentiella friktionskrafter uppstår på flera ställen. För en given ansättningskraft från kolven 22 fås då ett stort bromsande moment.

I ej ansatt tillstånd evakueras tryckluften ur kammaren 23 och en skruvfjäderanordning 30 trycker tillbaka kolven 22 så att lamellerna 27 och 28 i lamellpaketet 25 inte längre hoptrycks.

Den i figurerna 2 och 3 beskrivna kända mellanaxelbromsen 20 av lamelltyp fungerar i de flesta avseenden nöjaktigt. Den har dock vissa nackdelar, v» v» m. 10 15 20 25 30 - ø ø | ao 524 354 6 vilka ska beskrivas närmare. För det första består bromsen av många delar. Detta ger ökad kostnad och hanteringsproblem. För det andra blir monteringen krånglig. De utvändigt tandade lamellerna 27 ska passas in i urtag i locket 21, och de däremellan liggande invändigt tandade lamellerna 28 ska passas in på tänderna 29 på mellanaxeln 5. I praktiken har det visat sig nödvändigt att montera bromsen först efter det att basväxellådan 2 monterats och kopplingskápan 15 skruvats fast i bashuset 16. En förmontering av vâxellådsbromsen 20 i kopplingskápan 15 har inte varit genomförbar. Därför har locket 21 inte kunnat integreras i kopplingskápan 15, vilket hade varit fördelaktigt. För det tredje fås ett visst friktionsmoment mellan roterande lameller 28 och icke- roterande lameller 27 även då bromsen ej är ansatt.

Detta ger effektförlust och ökad bränsleförbrukning.

Friktionsmomentet kan motverkas med anordningar som separerar lamellerna när bromsen ej är ansatt. Sådana anordningar skulle dock ge ännu större problem med kostnad och montering. Friktionsmoment fås också mellan skruvfjäderanordningen 30 och kolven 22 pga att skruvfjäderanordningen 30 roterar med mellanaxeln 5 medan kolven 22 inte roterar.

Anordningen enligt US 3309934 eliminerar delvis ovanstående nackdelar. US 3309934 visar en mellanaxelbroms med koniska bromsande ytor 80 och 84 istället för lamellskivor. I konbromsar erhålls stort bromsmoment vid ansättning genom kilverkan i motsats till att ha flera seriekopplade friktionsytor som i den ovan beskrivna lamellbromsen. Detta ger i sig färre ingående delar i själva bromsen och enklare montering.

Därtill blir det enklare att separera roterande och 10 15 20 25 30 35 524 354 7 icke-roterande delar när bromsen inte är ansatt.

Effektförlusten kan då hållas låg.

I US 3309934 är ytan 84 anordnad pá en kolv 82, vilken i sin tur är axiellt förskjutbar, men icke roterbar relativt locket 62. Kolven förhindras att rotera relativt locket genom separata pinnar 92 anordnade i urtag i respektive locket 62 och kolven 82. Locket 62 är fast anordnat på del 42, vilken i sin tur är fast anordnad i en basdel 44. Basdelen 44 är fast anordnad i vâxellådshuset 22. Ytan 80 är anordnad på en bromsdel 68, vilken i sin tur är fast anordnad i mellanaxel 26 genom en skruv 67. Anordningen enligt US3309934 har ej något fjâderarrangemang som återför kolven 82 utan arrangemanget arbetar endast med oljetryck i kamrarna 88 och 86, för fram- och återföring av kolven 82.

Lösningen med kamrarna i US 3309934 eliminerar visserligen friktionsmomentet som uppstår pga den enligt figur 2 visade skruvfjäderanordningen 30. I gengäld fås dock en annan nackdel nämligen att ett system med två kammare kräver ett mer avancerat tryckreglersystem. Vidare bildas kamrarna 88 och 86 av delarna 82, 42, 68, 67 och 62. Således elimineras fjäderarrangemanget, men istället behövs fler detaljer för att bilda kamrarna samt reglera trycket i de båda kamrarna. Många ingående delar som bygger upp tryckkamrarna samt anslutande ledningar för in-/utlopp av olja ger dessutom en ökad risk för oljeläckage.

Slutsatsen är att både den i figurerna 1, 2 och 3 visade kända bromsarrangemanget samt anordningen enligt US 3309934 innehåller relativt många delar och blir därför relativt kostsamma att tillverka och montera.

Anordningen enligt figurerna 1, 2 och 3 ger dessutom en 10 15 20 25 30 35 - n I ~ .a : '. :°', z : = . 1 ="- ="¿ ¿°'ï " > n. nu v v ~~'æ 0 _ ' _ '.: I z. . I . I - o . n n: II " . . . - .u 8 större risk för friktionsförluster. Anordningen enligt US 3309934 ger dessutom ökad risk för oljeläckage.

Vidare kan nämnas att lösningarna enligt figur 1, 2 och 3 respektive US 3309934 kan få problem med att leda bort friktionsvärmen som uppstår vid bromsning tillräckligt snabbt. Således föreligger risk för överhettning.

Således finns behov av ett bromsarrangemang där friktionsförluster pga olika friktionsmoment, risken för överhettning, miljöfarligt oljeläckage samt antalet ingående delar minimeras och där dessutom monteringen av bromsarrangemanget förenklas.

SAIVIIVIANFATTNING AV UPPFINNINGEN Den uppfinningsenliga lösningen av problemet med hänsyn taget till den uppfinningsenliga anordningen beskrivs i patentkrav 1. De övriga patentkraven beskriver föredragna utföringsformer och utvecklingar av den uppfinningsenliga anordningen (2 till 8).

Anordningen enligt uppfinningen innefattar en axelbroms för stegväxlad motorfordonsväxelláda. Axelbromsen innefattar ett första bromselement med friktionsyta, vilket bromselement är rotationsfast kopplat till axeln, en motsvarande till ett växellàdshus rotationsfast kopplat andra bromselement vars friktionsyta är avsedd att samverka med den första friktionsytan genom att de första och andra bromselementen är rörliga i axial led i förhållande till varandra, varvid friktionsytorna vid kontakt bromsar axeln. Uppfinningen kännetecknas av att det första bromselementet är integrerat med och utgör en del av axeln. 10 15 20 25 30 524 S54 9 Fördelen med detta är att antalet ingående detaljer för montering minskas. Det är dessutom möjligt att minska antalet bearbetningssteg vid tillverkningen av axeln.

Exempelvis då ett lagersâte på axeln är anordnat "H bredvid den första friktionsytan på axeln kan friktionsytan och ytan för lagersâtet bearbetas i samma tillverkningssteg. Vidare erhålls en bättre spridning av friktionsvärmen som bildas vid bromsning, eftersom en relativt sett större materialmângd i form av axeln finns att tillgå i direkt anslutning till där friktionsvärmen skapas. Detta gör att eventuella överhettningsproblem i bromsen minskas.

Enligt en första utföringsform av anordningen enligt uppfinningen är locket som utgör kolvens cylinder fast anordnat direkt i växellådshuset. Locket kan utgöra en integrerad del av växellådshuset.

Fördelen med detta är att antalet ingående detaljer minskas samtidigt som monteringen förenklas. Locket och kolven kan monteras innan axeln monteras i växellådan.

Enligt en andra utföringsform av anordningen enligt uppfinningen är ett fjädrande element, för àterförande av kolven samt àtskiljning av friktionsytorna, anordnat mellan kolven och en i växellådan anordnad rotationsfast del.

Fördelen med detta är att inget friktionsmoment uppstår. Effektförlusterna minskas. Vidare, eftersom ett fjäderarrangemang används för àterförande av kolven så behövs ingen ytterligare tryckkammare för kolvàterföring med tillhörande extra reglerarrangemang. 10 15 20 25 30 35 ~ u ~ . e. 524 354 I u w c . .n 10 Enligt en tredje utföringsform av anordningen enligt uppfinningen är det första och det andra bromselementets friktionsytor konformade.

Fördelen med konform-är att ett relativt stort bromsmoment erhålls vid ansättning. Konformen ger vidare möjlighet att utforma axelbromsen med färre ingående delar i själva bromsen. Detta ger enklare montering. Därtill blir det enklare att separera roterande och icke-roterande delar när bromsen inte är ansatt. Effektförlusten pga friktionsmoment kan då hållas låg.

Ytterligare utföringsformer av uppfinningen framgår av de beroende patentkraven.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA FÖR UPPFINNNINGEN Föreliggande uppfinning kommer i det följande att beskrivas närmare med hänvisning till bifogade figur 4, som visar ett längdsnitt av en första utföringsform av axelbromsen enligt uppfinningen, samt figur 5, som visar ett längdsnitt av en andra utföringsform av axelbromsen enligt uppfinningen.

FÖREDRAGNA UTFöRINGsFoRMER Figur 4 visar en första utföringsform enligt uppfinningen av en axelbroms 120. Kolven 122 hindras från rotation genom utvändiga tänder 122a som passar i urtag i locket 21. Det första konelementet 128 är en konisk del av axeln 105 nära den cylindriska delen 131 (lagersäte) där lagret 132 är anordnat. Delarna 128 och 131 kan formas i samma bearbetningsoperation. Det andra konelementet 127 är en konisk hylsa med friktionsbelägg som är fast anordnad i kolven 122. Få ingående detaljer 10 15 20 25 30 35 . . - . .u ll minskar tillverknings- samt monteringskostnader.

Monteringen förenklas då locket 21 med kolven 122 kan förmonteras i kopplingskàpan 15. Vid ej ansatt broms separeras konelementen 127 och 128 mha av fjâderarrangemanget 130, vilket ger låg effektförlust.

Figur 5 visar en alternativ utföringsform enligt uppfinningen av en axelbroms 220. Det andra konelementet 227 är här integrerat i kolven 222. Kolven 222 trycks tillbaka vid ej ansatt broms av en fjäderanordning 230 som inte roterar med axeln 105.

Således elimineras friktionsförluster i fjäderarrangemanget. Fjäderanordningen 230 utgörs i visat utföringsexempel av en tallriksfjâder 230, som är anordnad mellan kolven 222 och lagrets 132 yttre ring 133. Kolven och lagrets yttre ring 133 roterar inte relativt varandra och således uppstår inget friktionsmoment med effektförluster som följd. En annan typ av fjäder, exempelvis skruvfjåder, är möjlig att använda istället för tallriksfjâder. Locket 221 är integrerat i kopplingskàpan 215, vilket ytterligare minimerar antalet ingående delar. Alternativt skulle locket 221 kunna vara en integrerad del av växellàdshuset.

I utföringsformerna enligt figur 4 och 5 utgör axeln ena parten i ett par av ytor i en friktionsbroms.

Konelementet 128 är således integrerat i axeln. Axeln år väl lämpad för integrering av konelementet 128, eftersom axeln normalt är härdad. Integreringen reducerar ytterligare tillverkningskostnaderna och förenklar monteringen. Axelbromsen är speciellt lämpad för att verka pá en mellanaxel i en växellåda, dock är även tänkbart att axelbromsen verkar på andra axlar i växellådan 1, såsom inaxeln 4 eller det icke visade 10 524 354 _. 12 ' backmellanhjulets axel. Alternativt skulle bromsen kunna verka på något av löphjulen 7, 8, 9, Bromsytornas konform kan ges en annan utformning, t ex skivform, kupform eller varianter av stympade koner, som inkluderar både skivform och konform.

Uppfinningen skall inte anses vara begränsad till de ovan beskrivna utföringsexemplen, utan en rad ytter- ligare varianter och modifikationer är tänkbara inom ramen för efterföljande patentkrav. 10 eller 11.

Claims (1)

1. 0 15 20 25 30 u u a . v» o ø n o u Patentkrav . Axelbroms (120, 220) för stegväxlad motorfordonsväxellàda (1) varvid axelbromsen (120, 220) innefattar ett första bromselement (128) med friktionsyta, vilket bromselement (128) är rotationsfast kopplat till en axel (105), en motsvarande till ett vâxellådshus (215, 15, 16) rotationsfast kopplat andra bromselement (127, 227) vars friktionsyta är avsedd att samverka med den första friktionsytan genom att de första och andra bromselementen (127, 227, 128) är rörliga i axialled i förhållande till varandra, varvid friktionsytorna vid kontakt bromsar axeln (105), kännetecknad av att det första bromselementet (128) år integrerat med och utgör en del av axeln (105). . Axelbroms enligt kravet 1, kännetecknad av att det andra bromselementet (127, 227) är fast anordnat på en kolv (122, 222), vilken kolv (122, 222) löper i ett lock (21, 221), vilket lock (21, 221) utgör kolvens (122, 222) cylinder samt är fast anordnat i våxellàdshuset (215, 15, 16). . Axelbroms enligt föregående krav, kännetecknad av att kolven (122, 222) och locket (21, 221) utgör en tryckkammare (23) i vilken en fluid är möjlig att trycksätta och vilken fluid därigenom förskjuter kolven (122, 222) axiellt mot axeln (105), samt att ett fjädrande element (130, 230), för àterförande av kolven (122, 222) samt àtskiljning av friktionsytorna, är anordnat 10 15 20 25 524 354 2 c v - a u 14 mellan kolven (122, 222) och en i växellådan (1) anordnad rotationsfast del (133). Axelbroms enligt föregående krav, kännetecknad av att en tallriksfjäder (230) utgör det fjädrande elementet. _ Axelbroms enligt krav 2, kännetecknad av att locket (221) är en integrerad del och utgör en del av växellâdshuset (215, 15, 16). Axelbroms enligt kravet 1, kännetecknad av att det första och det andra bromselementets (127, 227, 128) friktionsytor är konformade. Axelbroms enligt kravet 2, kännetecknad av att det andra bromselementet (127, 227) är integrerat med och utgör en del av kolven (122, 222). . Axelbroms enligt något av föregående krav, kännetecknad av att nämnda axel âr en mellanaxel (105) i växellådan (1).