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Die
Erfindung betrifft eine Mehrfach-Synchronisiereinheit für ein Schaltgetriebe.
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Aus
der
EP 1 101 965 B1 ist
eine Mehrfach-Synchronisiereinheit bekannt, die einen Kupplungskörper, der
drehfest mit einem auf einer Getriebewelle gelagerten Losrad des
Schaltgetriebes verbunden ist, und eine drehfest an der Getriebewelle festgelegte
Synchronnabe umfasst, die eine zur Synchronnabe drehfeste, aber
in axialer Richtung der Getriebewelle verschiebbare Schiebemuffe
trägt. Über die
verschiebbare Schiebemuffe lässt
sich dabei ein Formschluss in Drehrichtung zwischen der Synchronnabe
und dem Kupplungskörper
einstellen, um einen Gang des Schaltgetriebes einzulegen.
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Um
einen derartigen Formschluss herzustellen, muss die Drehzahl des
Kupplungskörpers
bzw. des Losrads mit der Drehzahl der Getriebewelle übereinstimmen.
Dies wird bei der Synchronisiereinheit der
EP 1 101 965 B1 durch das
Zusammenwirken eines Reibkonus, eines inneren Synchronrings und
eines äußeren Synchronrings
erreicht. Der Reibkonus ist drehfest mit dem Kupplungskörper verbunden
und weist eine äußere konische
Reibefläche
sowie eine innere konische Reibfläche auf. Die äußere konische
Reibfläche
des Reibkonus wirkt mit einer Innenreibfläche des äußeren Synchronrings zusammen
während
die innere konische Reibfläche
des Reibrings mit einer Außenreibfläche des
inneren Synchronrings zusammenwirkt. Solange auf den äußeren Synchronring
aufgrund von Drehzahlunterschieden zwischen den Synchronringen und
dem Reibkonus Reibkräfte
wirken, lässt
sich die Schiebemuffe in axialer Richtung nicht über eine Außenverzahnung des äußeren Synchronring
schieben, der zwischen der Synchronnabe und dem Kupplungskörper in
axialer Richtung gesehen angeordnet ist. Erst wenn die Synchronringe
und der Reibkonus mit gleicher Drehzahl laufen, lässt sich
die Schiebemuffe über
die Verzahnung des äußeren Synchronrings
auf die Außenverzahnung
des Kupplungskörpers
schieben und somit der oben beschriebene Formschluss herstellen.
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Bei
der Synchronisiereinheit der
EP 1 101 965 B1 weist der innere Synchronring
mehrere sich in axialer Richtung erstreckende Mitnehmernocken auf, die
in entsprechend ausgebildete Mitnehmertaschen des äußeren Synchronrings
greifen. Durch die Mitnehmernocken und die Mitnehmertaschen wird
eine drehfeste Verbindung zwischen innerem und äußerem Synchronring realisiert.
Um ein Verklemmen der Synchronisiereinheit zu vermeiden, weisen
bei der
EP 1 101 965
B1 Kontaktflächen
der Mitnehmernocken und vorzugsweise Kontaktflächen der Mitnehmertaschen einen
spitzen Winkel zur Längsachse der
Getriebewelle auf. Entsprechend weist ein Mitnehmernocken ausgehend
von dem ringförmigen Körper des
Innensynchronringes einen breiteren Nockenfuß auf und verjüngt sich
kegelstumpfförmig nach
außen.
Dementsprechend ist eine Mitnehmerseite auch kegelstumpfförmig ausgebildet.
Durch diese besondere Ausbildung von Mitnehmernocken und Mitnehmertaschen
wird zwischen innerem Synchronring und äußerem Synchronring eine Axialkraftkomponente
erzeugt, die das Lösen
der Reibpaarungen unterstützt.
Durch die kegelstumpfförmigen
Mitnehmernocken und die kegelstumpfförmigen Mitnehmertaschen wird
im Leerlauf der äußere Synchronring
in Richtung Synchronnabe und der innere Synchronring in Richtung
Kupplungskörper
gedrückt,
so dass sich die Synchronisiereinheit im Leerlauf lüftet. Das
führt auch
zu einer Reduzierung der Reibung innerhalb der Synchronisiereinheit,
da sich auf diese Weise innerer und äußerer Synchronring voneinander
entfernen.
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Insbesondere
die kegelstumpfförmigen
Mitnehmertaschen des äußeren Synchronrings
können bei
dessen Herstellung zu zusätzlichem
Fertigungsaufwand führen.
Stellt der äußere Synchronring
ein Stanzteil her, so können
die kegelstumpfförmigen Mitnehmertaschen
nicht mehr durch eine einfache Durchstellung in axialer Richtung
des äußeren Synchronrings
hergestellt werden. Vielmehr ist in der Regel eine spanabhebende
Nachbearbeitung notwendig.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Mehrfach-Synchronisiereinheit
bereitzustellen, die auf einfache Art und Weise die Reibung im Leerlauf
mindert, das Auftreten eines Verklemmens der Einheit reduziert bzw.
gänzlich
beseitigt und einfach hergestellt werden kann.
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Die
der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird mit den Merkmalen des
Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
können
den Unteransprüchen
entnommen werden.
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Die
erfindungsgemäße Synchronisiereinheit zeichnet
sich dadurch aus, dass zwischen dem inneren Synchronring und dem äußeren Synchronring eine
Federeinrichtung angeordnet ist, die den inneren Synchronring und
den äußeren Synchronring
in axialer Richtung der Getriebewelle auseinander drückt. Durch
dieses Auseinanderdrücken
entstehen einerseits ein Spalt zwischen dem inneren Synchronring
und dem Reibkonus und andererseits ein Spalt zwischen dem Reibkonus
und dem äußeren Synchronring.
Somit wirkt die Kraft der Federeinheit einem Verklemmen der Synchronisiereinheit
entgegen. Darüber
hinaus wird auf diese Weise die Reibung innerhalb der Synchroneinheit
im Leerlauf vermindert. Die erfindungsgemäße Synchronisiereinheit lässt sich
beispielsweise in einem Handschaltgetriebe oder in einem automatisierten
Schaltgetriebe einsetzen.
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Es
versteht sich, dass die Kraft, mit der die Federeinrichtung den äußeren Synchronring
und den inneren Synchronring auseinander drückt, kleiner als die Kraft
ist, die zum Betätigen
der Schiebemuffe zur Verfügung
steht. Die Kraft der Federeinrichtung sollte jedoch so groß gewählt werden,
dass ein zuverlässiges
Arbeiten der Federeinrichtung gewährleistet ist.
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In
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst
die Federeinrichtung einen einstückigen
Federring. Dabei kann sich der einstückige Federring einerseits
direkt an dem äußeren Synchronring
und andererseits direkt an dem inneren Synchronring abstützen. Durch
den Federring lässt
sich über
den gesamten Umfang der Synchronringe eine gleichmäßige Kraft
in axialer Richtung der Getriebewelle erzeugen. Eine oder mehrere
in axialer Richtung am Umfang verteilte Schraubendruckfedern, ein
gewellter Federring oder ein beispielsweise an einem Synchronring
anvulkanisiertes Elastomer als Federeinrichtung sind ebenso geeignet.
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Vorzugsweise
entspricht ein mittlerer Durchmesser des Federrings in etwa einem
mittleren Durchmesser des Reibkonus. Eine umlaufende äußere Kante
des Federrings kann sich dabei an dem äußeren Synchronring abstützen. Eine
umlaufende innere Kante des Federrings hingegen kann sich an dem
inneren Synchronring abstützen.
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Durch
die Federeinrichtung wird der innere Synchronring vorzugsweise gegen
den Kupplungskörper
gedrückt,
während
der äußere Synchronring in
Richtung der Synchronnabe gepresst wird. Der innere Synchronring
kann dabei mit einer stirnseitigen Anlagefläche an dem Kupplungskörper anliegen. Aufgrund
der Differenzdrehzahl zwischen innerem Synchronring und dem Kupplungskörper entsteht
somit ein Reibmoment, das jedoch viel kleiner ist als ein Reibmoment,
das zwischen der konischen Außenreibfläche des
inneren Synchronrings und der inneren konischen Reibfläche des
Reibrings übertragen werden
kann.
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In
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist
eine Arretierung vorgesehen, durch die wenigstens ein Synchronring
in axialer Richtung arretiert werden kann. Diese Arretierung erfolgt
vorzugsweise kraftschlüssig.
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Durch
die Arretierung lässt
sich die axiale Position wenigstens eines Synchronringes im Leerlauf
der Synchronisiereinheit genau einstellen. Insbesondere kann eine
Reibung zwischen dem inneren Synchronring und dem Kupplungskörper vermieden werden.
Durch die Festlegung der Axialposition des einen Synchronringes
und der zwischen innerem und äußerem Synchronring
wirkenden Federeinheit ist auch die axiale Position des anderen
Synchronrings festgelegt. Ein Taumeln der Synchronringe wird somit im
Gegensatz zu bekannten Einheiten wesentlich reduziert.
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Die
Arretierung weist vorzugsweise wenigstens eine Feder und einen Sperrkörper auf.
Zweckmäßigerweise
sind mehrere Einheiten, bestehend aus einer Feder und einem Sperrkörper, in
Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt.
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Der
Sperrkörper
kann beispielsweise eine Kugel sein, die von einer Feder radial
nach außen
gedrückt
wird. Die Feder sitzt dabei in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
in einer radialen Vertiefung der Synchronnabe, wobei die Feder den
Sperrkörper bzw.
die Kugel gegen eine Innenfläche
des inneren Synchronrings drückt.
Die Innenfläche
des inneren Synchronrings ist dabei so ausgeformt, dass durch den
radial nach außen
wirkenden Druck der Kugel bzw. des Sperrkörpers eine axiale Positionierung
des inneren Synchronrings erfolgt.
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Die
Erfindung soll sich auch auf Synchronisiereinheiten beziehen, die
mehr als zwei Synchronringe und mehr als einen Reibkonus aufweist.
Beispielsweise ist eine Synchronisiereinheit denkbar, die einen
inneren Synchronring, einen mittleren Synchronring und einen äußeren Synchronring
aufweist. Ein innerer Reibkonus ist dabei zwischen innerem Synchronring
und mittleren Synchronring angeordnet. ein äußerer Synchronring wirkt mit
dem mittleren Synchronring und dem äußeren Synchronring zusammen.
Die Federeinrichtung weist dabei vorzugsweise zwei Federelemente
auf, wobei ein Federelement zwischen innerem und mittlerem Synchronring und
das andere Federelement zwischen mittlerem Synchronring und äußerem Synchronring
wirkt.
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Anhand
der in der 1 dargestellten Ausführungsbeispiele
wird die Erfindung näher
erläutert. 1 ist
ein Schnitt durch zwei nebeneinander angeordnete Synchronisiereinheiten,
die zum Teil gemeinsame Bauteile aufweisen.
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1 zeigt
eine erste Synchronisiereinheit 1 und eine zweite Synchronisiereinheit 2.
Die Synchronisiereinheiten 1, 2 weisen einen im
wesentlichen gleichen Aufbau auf, so dass näherungsweise eine Mittelachse 3 als
Symmetrieachse der Darstellung der 1 verstanden
werden kann.
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Aufgrund
des nahezu identischen Aufbaus der Synchronisiereinheiten 1, 2 wird
im Folgenden erst einmal nur auf die Synchronisiereinheit 1 Bezug genommen.
Auf die gegebenen Unterschiede zwischen den Synchronisiereinheiten 1, 2 wird
später näher eingegangen.
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Die
Synchronisiereinheiten 1, 2 weisen eine gemeinsame
Synchronnabe 4 auf. Die Synchronnabe 4 ist drehfest
mit einer (Getriebe-)Welle 5 verbunden. Eine Drehachse
der Welle 5 ist mit 6 bezeichnet.
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Die
Synchronnabe 4 trägt
eine Schiebemuffe 7, die in Richtung der Drehachse 6,
d.h. in axialer Richtung, verschiebbar angeordnet ist. Die Schiebemuffe 7 weist
dabei eine Innenverzahnung 8 auf, die mit einer Außenverzahnung 9 der
Synchronnabe 4 in Eingriff steht. Über die Verzahnungen 8, 9 ist
die Schiebemuffe 7 drehfest mit der Welle 5 verbunden.
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Neben
der gemeinsamen Synchronnabe 4 und der Schiebemuffe 7 weist
die Synchronisiereinheit 1 einen inneren Synchronring 10 und
einen äußeren Synchronring 11 auf.
Die Synchronringe 10, 11 sind begrenzt relativ
zur Synchronnabe 4 verdrehbar angeordnet. Dies bedeutet,
dass sich beispielsweise der äußere Synchronring 11 innerhalb
eines bestimmten Drehwinkelbereiches zur Synchronnabe 4 verdrehen
kann. Von dieser begrenzten Verdrehbarkeit abgesehen sind die Synchronringe 10, 11 drehfest
mit der Synchronnabe 4 verbunden.
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In
radialer Richtung gesehen zwischen dem inneren Synchronring 10 und
dem äußeren Synchronring 11 ist
ein Reibkonus oder Reibring 12 angeordnet. Der Reibkonus 12 weist
eine innere konische Reibfläche 13 und
eine äußere konische
Reibfläche 14 auf.
Die innere konische Reibfläche 13 des Reibkonus 12 wirkt
dabei mit einer Außenreibfläche 15 des
inneren Synchronrings 10 zusammen, während die äußere konische Reibfläche 14 des
Reibrings 12 mit einer Innenreibfläche 16 des äußeren Synchronrings 11 zusammenwirkt.
Am äußeren Umfang
weist der äußere Synchronring 11 eine
Außenverzahnung 17 auf.
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Der
Reibkonus 12 ist über
mindestens einen Mitnehmernocken 18 drehfest mit einem
scheibenförmigen
Kupplungskörper 19 verbunden,
der wiederum drehfest an einem hier nur zum Teil dargestellten Losrad 20 befestigt
ist. Das Losrad 20 stützt
sich über
ein Nadellager 21 drehbar auf der Welle 5 ab. Der
scheibenförmige
Kupplungskörper 19 weist
an seinem Außenumfang
eine Verzahnung 22 auf, wobei die einzelnen Zähne der
Verzahnung 22 mit einer Anspitzung 23 versehen
sind.
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Zwischen
dem inneren Synchronring 10 und dem äußeren Synchronring 11 ist
eine Federeinrichtung in Form einer Tellerfeder 24 angeordnet.
Die Tellerfeder 24 stützt
sich dabei mit einer inneren umlaufenden Kante 25 an dem
inneren Synchronring 10 ab, während eine äußere umlaufende Kante 26 an
dem äußeren Synchronring 11 anliegt.
Durch die Tellerfeder 24 wirkt in axialer Richtung der
Getriebewelle 5 eine Federkraft zwischen dem inneren Synchronring 10 und
dem äußeren Synchronring 11,
die die beiden Synchronringe 10, 11 in axialer
Richtung auseinander drückt.
Dadurch entsteht, soweit keine anderen Druckkräfte auf die Synchronringe 10, 11 wirken,
ein Spalt zwischen der Außenreibfläche 15 des
inneren Synchronrings 10 und der Innenreibfläche 16 des äußeren Synchronrings 11,
der breiter ist als eine Breite B des Reibkonus 12. Dadurch
wird ein Verklemmen der Synchronringe 10, 11 mit
dem Reibkonus 12 oder ein unangefordertes Synchronisieren
vermieden. Ein unangefordertes Synchronisieren bedeutet Reibung in
der Synchronisiereinheit bzw. Erzeugung von unerwünschter
Verlustleistung.
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Die
Synchronisiereinheit 1 weist des weiteren eine Kugelarretierung 27 auf,
die eine Kugel 28 und eine Feder 29 umfasst. Die
Feder 29 sitzt dabei in einem sich in radialer Richtung
erstreckenden Bohrung 30 in der Synchronnabe 4.
Die Feder 29 drückt die
Kugel 28 in radialer Richtung nach außen gegen eine Innenfläche 31 des
inneren Synchronrings 10. Die Innenfläche 31 des inneren
Synchronrings 10 weist dabei eine Auswölbung 32 auf, die
durch das Zusammenspiel der federbelasteten Kugel 28 eine axiale
Ruheposition des inneren Synchronrings 10 vorgibt, wie
sie in der 1 gezeigt ist. Zu erkennen ist,
dass bei dieser axialen Ruheposition ein Spalt 33 zwischen
dem inneren Synchronring 10 und dem Kupplungskörper 19 verbleibt.
Gleichzeitig wird vermieden, dass der innere Synchronring 10 unbeabsichtigt
Richtung Synchronnabe 4 wandert und eine Vorsynchronisierung
auslöst.
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Rechts
von der Mittelachse 3 ist die Synchronisiereinheit 2 dargestellt,
die, wie oben schon erwähnt,
grundsätzlich
den gleichen Aufbau wie die Synchronisiereinheit 1 aufweist.
Bezüglich
des Aufbaus und der einzelnen Bauteile der Synchronisiereinheit 2 sei
daher auf die Ausführungen
zu Synchronisiereinheit 1 verwiesen.
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Die
Synchronisiereinheit 2 unterscheidet sich von der Synchronisiereinheit 1 dadurch,
dass sie keine Kugelarretierung 27 aufweist. Entsprechend weist
die Innenfläche 31 des
inneren Synchronrings 10 der Synchronisiereinheit 2 keine
Auswölbung 32 auf,
wie dies bei der Synchronisiereinheit 1 der Fall ist.
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Bedingt
durch die fehlende Kugelarretierung 27 wird aufgrund der
Federkraft der Tellerfeder 24 zwischen dem inneren Synchronring 10 und
dem äußeren Synchronring 11 der
innere Synchronring 10 in axialer Richtung gegen den Kupplungskörper 19 der Synchronisiereinheit 2 gedrückt. An
einer Anlagefläche 32 des
inneren Synchronrings 10 wird aufgrund der Drehzahlunterschiede
zwischen innerem Synchronring 10 und Kupplungskörper 19 ein
Reibmoment erzeugt, das jedoch wesentlich kleiner ist als das Reibmoment,
was durch die Reibkontakte zwischen den Reibflächen 13, 15 bzw. 14, 16 bei
einem ungewollten Ansynchronisieren übertragen wird.
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Das
Verschieben der Schiebemuffe 7 in axialer Richtung, um
einen Formschluss zwischen deren Innenverzahnung 8 und
der Außenverzahnung 22 des
Kupplungskörpers 19 herzustellen,
geschieht in an sich bekannter Weise. Erst wenn durch die Synchronringe 10, 11 ein
Gleichlauf von Welle 5 und Losrad 20 bzw. Kupplungskörper 23 erreicht
wird, bricht das Reibmoment zwischen dem Reibkonus 12 und dem äußeren Synchronring 11 zusammen,
so dass die Außenverzahnung 17 des äußeren Synchronrings
ihre Sperrwirkung verliert und sich die Schiebemuffe 7 über die
Außenverzahnung 22 des
Kupplungskörpers 19 schieben
lässt.
Beim axialen Verschieben der Schiebemuffe muss dabei die Kraft der Tellerfeder 26 überwunden
werden. Aus diesem Grund ist die Tellerfeder 26 so zu dimensionieren, dass
sie ei nerseits das Verschieben der Schiebemuffe nicht unnötig erschwert,
andererseits aber ein zuverlässiges
Auseinanderdrücken
der Synchronringe 10, 11 gewährleistet.
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- 1
- erste
Synchronisiereinheit
- 2
- zweite
Synchronisiereinheit
- 3
- Mittelachse
- 4
- Synchronnabe
- 5
- Welle
- 6
- Drehachse
- 7
- Schiebemuffe
- 8
- Innenverzahnung
- 9
- Außenverzahnung
- 10
- innerer
Synchronring
- 11
- äußerer Synchronring
- 12
- Reibkonus/Reibring
- 13
- innere
konische Reibfläche
- 14
- äußere konische
Reibfläche
- 15
- Außenreibfläche
- 16
- Innenreibfläche
- 17
- Außenverzahnung
- 18
- Mitnehmernocken
- 19
- Kupplungskörper
- 20
- Losrad
- 21
- Nadellager
- 22
- Außenverzahnung
- 23
- Anspitzung
- 24
- Tellerfeder
- 25
- Kante
- 26
- Kante
- 27
- Kugelarretierung
- 28
- Kugel
- 29
- Feder
- 30
- Bohrloch
- 31
- Innenfläche
- 32
- Auswölbung
- B
- Breite