DE3119920A1

DE3119920A1 - "geschwindigkeitswechsel-einrichtung"

Info

Publication number: DE3119920A1
Application number: DE19813119920
Authority: DE
Inventors: James A. 47346 Hagerstown Ind. Charles
Original assignee: Dana Inc
Current assignee: Dana Inc
Priority date: 1980-05-22
Filing date: 1981-05-19
Publication date: 1982-04-22
Also published as: FR2482907B1; GB2076501A; US4354396A; GB2076501B; BR8103198A; DE3119920C2; MX153145A; CA1166477A; JPS5743213A; FR2482907A1

Description

' PATEfNiTAN"WÄL.r5..· * - . '

DR.-ING. R. DÖRING - 4 - DIPL.^PHYS. DR. J. F=RICKE

BRAUNSCHWEIG MÜNCHEN

DANA CORPORATION

P.O.Box 1000

Toledo, Ohio 43697, USA

"Geschwindigkeitswechsel-Einrichtung"

Die Erfindung betrifft eine Geschwindigkeitswechsel-Einrichtung, bei der ein den Gangwechsel auslösender Jochteil über eine durch Servomotor antreibbare Gewindespindel und eine Wandermutter betätigbar ist.

Es sind Vorrichtungen dieser Art bekannt, bei denen häufig Fehlfunktiorien oder Versagen auftritt, und zwar aufgrund einer vorzeitigen Abnutzung der Gewindespindel. Diese Abnutzung wird dadurch hervorgerufen, daß an den Enden des Arbeitsdrehweges der Gewindespindel eine Freilaufwirkurig vorliegt, bei der die zwischen der Gewindespindel und der Wandermutter wirksamen Spindelkugeln an dem Schaft der Gewindespindel unter Reibung angreifen, während die Gewindespindel sich bis zum Stillstand dreht. Dies tritt deshalb auf, weil die Gewindespindel sich drehen kann, ohne eine weitere axiale Bewegung der mit Kugeln ausgerüsteten Wandermutter hervorzurufen. Die daraus sich ergebende Abnutzung der Kugeln und der Spindel schreitet fort, so daß der Kugeldurchmesser ^L J

abnimmt mit der Folge, daß die Kontaktbeanspruchungen sogar noch größer werden. Letztlich erfolgt eino endgültige Zerstörung, sodaß der Servomotor durchbrennt.

Es ist Aufgabe der Erfindung eine Geschwindigkeitswechsel-Einrichtung der Eingangs näher bezeichneten Art so weiterzubilden, daß die aufgezeigten Nachteile vermieden werden, eine hohe Lebensdauer sichergestellt ist und die Abnutzung der "^ Teile durch die auftretenden Belastungen so klein wie möglich gehalten wird.

Diese Aufgabe "wird dadurch gelöst, daß ein die Last aufnehmender Lagersattel an dem Jochteil angreift und auf der Wandermutter so montiert ist, daß der Lagersattel zwischen der Wandermutter und dem Jochteil ausschließlich axiale Kräfte überträgt. Damit wird vermieden, daß radiale Kräfte direkt zwischen dem zu betätigenden Teil und der Mutter bzw, der Spindel übertragen werden. Vielmehr nimmt die radialen Kräfte der Lagersattel auf, der sie bevorzugt unabhängig von der"Mutter und der Spindel absetzt. Vorteilhafterweise ist die Anordnung so getroffen, daß der zwischen zwei Grenzanschlägen schwenkbare Jochteil eine Einrichtung aufweist, über welche die axiale Belastung zwischen Jochteil und Wandermutter selbsttägig aufhebbar ist, und zwar jeweils dann, wenn die Wandermutter die Grenzstellungen erreicht. Das bedeutet, daß aufgrund aer neuen Ausbildung der Geschwindigkeitswechsel-= Einrichtung alle Belastung der Wandermutter und der Spindel, wie sie normalerweise in dem Freilaufzustand auftritt, ver-

mieden wird. Die Folge ist, daß die Kugeln nicht langer an der Gewindespindel in der Freilaufstellung unter Last reiben.

Bevorzugt weist der die Last aufnehmende Lagersattel Stifte auf, die so angeordnet sind, daß sie alle radialen und axialen Belastungen aufnehmen können. Die Stifte greifen zweckmäßigerweise in Schlitze des Jochteils ein, wobei diese Schlitze bevorzugt angrenzende Schrägflächen oder Rampen aufweisen, über die die Stifte aus den Schlitzen austreten können, wenn sich die Anordnung in der Freilaufstellung der Gewindespindel befindet. Der Lagersattel ist auf radiale Bewegungen gegenüber der Wandermutter gesichert, und zwar mit Hilfe von radial ausgerichteten und die Position des Lagersattels bestimmenden Flanschen oder Ansätzen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand'schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht, teilweise aufgebrochen, einer Geschwindigkeitswechsel-Einrichtung gemäß der Erfindung.

Fig. 2 einen Ausschnitt der Vorrichtung, und zwar insb. den Eingriffsbereich zwischen Wandermutter und Jochteil.

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Schnittlinie III-III der Figur 1,

Fig. 4 einen Schnitt entlang der Schnittlinie IV-IV der Figur 2.

Fig. 5 eine Seitenansicht der bevorzugten Ausführungsform eines Lagersattels für die Vorrichtung nach Figur 1 und

Fig. 6 eine Ansicht einer bevorzugten Ausführung einer Wandermutter, die bei der Vorrichtung nach der Erfindung eingesetzt werden kann.

Aus der Seitenansicht der Einrichtung gemäß Fig. 1 ist ersichtlich, daß die zwischen zwei Geschwindigkeiten einen Schaltungswechsel herbeiführende Geschwindigkeitswechsel-Einrichtung 10 ein Gehäuse 8 aufweist, das teilweise aufgebrochen dargestellt ist, um die Wandermutter 12 mit Kugeleingriff zu zeigen, die sich undrehbar auf der Gewindespindel 14 zwischen zwei axialen Grenzstellungen bewegen kann. Der Antrieb der Gewindespindel erfolgt über einen umkehrbaren Servo= motor 6, bei dem es sich um einen Elektromotor handeln kann.

Figur 2 zeigt, daß die Wandermutter 12 die Pewegung eines Betätigungsjoches 16 über Stifte 18 veranlaßt, die in Schlitze 19 des Jochteils 16 eingreifen. Die Stifte 18 erstrecken sich von entgegengesetzten Seiten eines Lagersattels 20, der radial über die Wandermutter 12 gemäß Fig. 4 montiert ist. Einstückig angeformte Flansche 50 (vergl. Fig. 6) an den entsprechenden Längsenden der Wandermutter 12 legen den Lagersattel 20 auf

der Wanderrautter in axialer Richtung fest und gestatten somit nur eine radiale Bewegung des Lagersattels in Bezug auf die Wanderrautter 12, Während die Wandermutter 12 axiale zwischen den Grenzstellungen auf der Gewindespindel 14 bewegt wird, greifen die Stifte 18 auf dem Lagersattel 20 in die Schlitze des Betätigungsjoches 16 und drehen das Joch von einer Schaltstellung in die andere. An den oben erwähnten Grenzstellungen weist das Jochteil eine Anordnung auf, welche es gestattet, daß die Stifte 16- aus den Schlitzen 19 austreten, und zwar aus Gründen und mit Hilfe von Maßnahmen, die weiter unten beschrieben werden.

Aus Fig. 3 geht hervor, daß die Wandermutter 12 eine Bewegung des Jochteils 16 stets gegen eine Federkraft bewirkt. Zu diesem Zweck ist eine Federvorspanneinrichtung 22 vorgesehen. Diese umfaßt eine Torsionsfeder 24 auf einem Hebelschaft 25, der nur gestrichelt dargestellt ist. Die Feder ist zwischen einem Federspannhebel 26 und einem die Schaltgabel betätigenden Hebel 30 angeordnet. Der Spannhebel 26 umfaßt einen axiale verlaufenden Spannfinger 28 an seinem äußeren Ende, während der Gabelbetätigungshebel 30 einen axial verlaufenden und radial überlappenden Betätigungsfinder 32 besitzt. Die Feder wuist entgegengesetzte, radial nach außen abgebogene Enden auf, welche in der gleichen radialen Ebene liegen und in Ausnehmungen 36 der Finger 28 und 32 aufgenommen werden. Der Spannhebel 26 kann in jeder Richtung geschwenkt werden, wobei der Finger 28 unter dem Finger 32 hindurchläuft und an jedem Ende 34 der Feder 24 angreifen kann. Auf diese Weise kann in jeder Richtung eine Drehkraft ausgeübt werden.

Aus Fig. 4 ist ersichtlich, daß der Spannhebel 26 einen weiteren Arm 38 aufweist, an dem das Betätigungsjochteil 16 befestigt ist. Es ist damit deutlich, daß die axiale Bewegung der Wandermutter 12 aufgrund der Drehbewegung der Gewindespindel 14 die Stifte 18 des Lagersattels 20, welche in Schlitze 19 des Jochteils 16 angreifen, eine Schwenkbewegung des Jochteils 16 und des Armes 38 und somit auch des Spannhebels 26 hervorrufen. Aus Fig. 3 geht hervor, daß der die Schaltgabel betätigende Hebel 30 einen rechteckförmigen Kragen 40 aufweist, der in eine Buchse 42 eines doppelarmigen Schaltgabelhebels 44 eingreift. Die Funktion dieser Teile ist ohne weitere Erläuterung für den Fachmann ersichtlich. Es ist somit lediglich erforderlich, daß ein Fahrzeugfahrer einen Schalter betätigt, um den Motor 6 anzuschalten. Dieser dreht die Spindel 14, welche ihrerseits die Wandermutter 12 in die entgegengesetzte Grenzstellung bewegt. Die Stifte 18 auf dem Sattelteil 20 greifen an dem Joch 16 an und schwenken dieses gegen die Kraft der Federspanneinrichtung. Diese Spanneinrichtung speichert eine Federenergie in der Geschwindigkeitswechsel-Einrichtung 10. Sobald das Eingriffsdrehmoment des Getriebes sich vermindert kann diese Federkraft die Getrieberader von einer Achsgeschwindigkeit zur anderen Achsgeschwindigkeit verschieben.

Figur 5 zeigt eine bevorzugte Ausführung des die Belastungen aufnehmenden Lagersattels 20. Der Lagersattel 20 umfaßt zwei Stifte 18, wobei jeder auf der Außenseite eines Schenkels nach außen ragt, um in den Schlitz 19 des Jochteils 16 einzugreifen.

Jeder Stift 18 weist einen Montageabschnitt 46 auf. Weiterhin weist jeder Stift einen UmfangsabsGhnitt 48, der an dem Lagersattel bevorzugt angeschweißt ist und an dem Schlitz des Jochteils angreift, auf.

Der Lagersattel 20 nach Fig. 5 greift verschiebbar über die Wandermutter 12 nach Fig. 6. Die Wandermutter 12 enthält Flansche 50, um den Sattel 20 axial festzulegen, so daß dieser nur radiale relative Bewegungen auf der Wandermutter ausführen kann. Die Wandermutter umfaßt weiterhin einen inneren genuteten Abschnitt 52 für die Kugeln 53, die in Fig. 4 gestrichelt wiedergegeben sind. Die Kugeln 53 erteilen eine axiale Kraft, die von der Spindel ausgeht, auf die Wandermutter 12. Die Wandermutter ist gegen Drehungen gesichert, kann sich jedoch auf der Gewindespindel 14 axial frei bewegen. Die Stifte 18 des Lagersattels 20 verleihen bei der Bewegung der Wanderrnutter eine relative Drehbewegung dem Jochteil 16 und damit auch dem Spannhebel 26.

An den körperlichen Enden der Schlitze 19 schließen nach Fig.2 Ausweichrampen 54 an. Diese erlauben es den Stiften 18 des Lagersattels 20 aus den Schlitzen 19 auszutreten, und zwar während des Freilaufzustandes der Gewindespindel 14. Dieser Freilaufzustand tritt jeweils am Ende des Betätigungshubes auf. Zu diesem Zweck besitzen die Rampen 54 Oberflächen, die in der betreffenden Stellung des Jochteils parallel zur Achse a-a (Fig. 2) der Gewindespindel verlaufen, jedesmal wenn sich das Jochteil 16 in einer Endstellung des Schwenkbogens be-

findet. Damit wird erreicht, daß keine axiale Belastung auf den Lagersattel 20, die Wandermutter 12 oder der Gewindespindel ruht, und zwar während des Freilaufzustandes, da die Stifte 18 vollständig außer Eingriff mit den Jochschlitzen sind. Weiter oben wurde erwähnt, daß die Spanneirichtung 22 nach Fig. 3 eine Federkraft speichert, welche frei wird, wenn das Eingriffsdrehmoment an den Getrieberädern nachläßt. Die Federenergie, die auf diese Weise gespeichert ist, ruft eine radiale Komponente der Kraft auf, die über das Joch 16 auf die Stifte 18 übertragen wird. Unter Bzugnahme auf die Fig.2 und A iat ersichtlich, daß solche radialen Kräfte durch die Stifte 18 und den Lagersattel direkt auf die Gehäusewand 56 der Geschwindigkeitswechsel-Einrichtung 10 übertragen werden. Da der Lagersattel 20 direkt an der Gehäusewand 56 anliegt nimmt diese Wand letztlich sämtliche radialen Kräfte auf₈ die auf den Lagersattel einwirken. Da der Lagersattel 20 an der Wand 56 während des Schaltzyklus entlanggleitet, ist ein minimaler Betrag an Abnutzung unvermeidbar, auch wenn die Gleitflächen mit einem Schmiermittel bespült sind» Selbst unter dem Zustand einer Abnützung wird ersichtlich, daß die Mutter 12 und die Gewindespindel 14 keinen radialen Belastungen unterworfen werden kann, da der Sattel in radialer Richtung frei über der Gewindemutter gleiten kann und so alle Abnutzungen kompensiert.

Die Vermeidung jedlicher radialer und axialer Belastung auf der Wandermutter 12 der Gewindespindel 14 während des Freilauf= zustandes führen zu einer bedeutenden Herabsetzung der Reibungskräfte zwischen den genannten Kugeln 53 und der Gewinde-

- .12 -

spindel 14. Damit wird eine wesentlich größere Lebensdauer für die Geschwindigkeitswechsel-Einrichtung erreicht.

L eerseite

Claims

Ansprüche

1. beschwindigkeitswechsel-Einrichtung, bei der ein den Gangwechsel auslösender Jochteil über eine durch Servomotor antreibbare Gewindespindel mit Wandermutter betätigbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Last aufnehmender Lagersattel (20) an dem Jochteil (16) angreift und auf der Wandermutter (12) montiert ist, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß der Lagersattel zwischen der Wander- . mutter (12) und dem Jochteil (16) ausschließlich axiale Kräfte überträgt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Jochteil (16) zwischen zwei Grenzanschlägen schwenkbar angeordnet ist und eine Einrichtung (22) aufweist, durch welche die axiale Last zwischen Jochteil (16) und Wandermutter (12) selbsttätig jeweils bei Erreichen der Grenzstellungen aufhebbar ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η -

ζ e i c h η e t, daß der Lagersattel (20) Vorsprünge (18) zum Angreifen an dem Jochteil (16) aufweist.

A. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Jochteil (16) Schlitze oder Aus-

nehmungen zur Aufnahme der Ansätze oder Vorsprünge (18) auf dem Sattelteil (20) aufweist, wobei über diese Eingriffsstellen der Jochteil (16) zwischen den Grenzstellungen bewegbar ist.

5. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß beiderseits der Ausnehmungen oder Schlitze (19) des Jochteils (16) Schrägflächen (54) vorgesehen sind, über welche die Ansätze oder Vorsprünge (-18) die Ausnehmung oder Schlitze (19) verlassen können, sobald das Jochteil· eine seiner Grenzstellungen erreicht.

6. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der die Last aufnehmende Lagersattel mit gegenüber der Spindel (14) radial angeordneten Flanschen (50) zusammenwirkt, der Art, daß der Sattelteil (20) gegenüber der Wandermutter (12) nur radiale Bewegungen ausführen kann.

7. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagersattel (20) eine, radiale Kräfte auf eine Innenfläche (56) eines Gehäuses (8) übertragende Lagerfläche aufweist, die mit der Gehäuseinnenfläche (56) in Gleitkontakt steht.

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8. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzei chnet, daß die Ansätze oder Vorsprünge Stifte (18) aufweisen., die von den entgegengesetzten Seiten des Lagersattels (20) nach außen vorspringen und undrehbar auf dem Sattel befestigt sind.

9. Lagersattel zur Montage auf die Wandermutter eines Spindelantriebes, insb. für eine Geschwindigkeitswechsel-Einrichtung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch g e k e η η zeichnet, daß der Lagersattel (20) radial verschiebbar auf der Wandermutter (12) montiert ist und Ansätze(i8) oder dgl. zum Angreifen an einen durch die Wandermutter betätigbaren Teil, insb. Jochteil (16) aufweist.

10. Lagersattel nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß er zapfenartige Ansätze aufweist, die in Schlitze (19) des zu betätigenden Teils, insb. Jochteils (16), ragen.

11. Lagersattel nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der zu betätigende Teil (16) beiderseits des Eingriffsschlitzes (19) für jeden Ansatz (18) Rampgen- oder Schrägflächen (54) aufweist, die so angeordnet sind, daß in den beiden Endstellungen des zu betätigenden Teils (16) die Ansätze (18) mit den Rampen (54) derart zusammenwirken, daß der zubetätigende Teil (16) auch von axialen Kräften, die von der Wandermutter (12) ausgehen, entlastet ist.