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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Synchronisierungsanordnung für ein Bereichsgetriebe eines Fahrzeugbetriebes gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
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Beispielsweise aus der Druckschrift
DE 41 21 757 A1 ist ein Bereichsgetriebe für Kraftfahrzeuge mit einer Synchronisierungsanordnung bekannt. Das Bereichsgetriebe ist als Planetengetriebe mit einem drehfest auf einer Ausgangswelle eines Grundgetriebes angeordneten Sonnenrad, mit einem drehfest mit einer Abtriebswelle des Bereichsgetriebes verbundenen Steg und mit einem Hohlrad ausgebildet, welches über eine konzentrisch zur Ausgangs- oder Abtriebswelle angeordnete Schaltkupplung in einer ins Langsame übersetzten Schaltstufe des Bereichsgetriebes mit einem Getriebegehäuse und in einem direkten Durchtrieb mit einem Antriebs- oder Abtriebsglied verbindbar ist, wobei die Schaltkupplung eine Synchronisierungsanordnung mit einer axial verschiebbaren Schiebemuffe aufweist, deren Verzahnung in zwei axialen Endstellungen der Schiebemuffe jeweils mit einer Verzahnung eines Kupplungskörpers am Getriebegehäuse oder am An- beziehungsweise Abtriebsglied in Eingriff bringbar ist.
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Bei dem Getriebe mit nachgeschalteter Planetengruppe weist bei einer Schaltung vom Schnellen zum Langsamen der Kupplungskörper der langsamen Gruppe die Winkelgeschwindigkeit null auf, wobei die Schiebemuffe mit der anhängenden Masse des Hohlradträgers über die Synchronisierung von einer Winkelgeschwindigkeit größer null auf die Winkelgeschwindigkeit annähernd Null herunter gebremst wird. Dabei kann es passieren, dass sich die Zähne der Verzahnung der Schiebemuffe und des gehäuseseitigen Kupplungskörpers genau gegenüberstehen, so dass eine Zahn auf Zahnstellung vorliegt. Dies bedeutet, dass ein Formschluss der Verzahnungselemente nicht möglich ist, so dass der Kraftschluss zwischen dem Motor und den Antriebsrädern unterbrochen ist. Dies kann unter Umständen zu fahrkritischen Situationen führen.
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Aus der
DE 42 11 769 A1 ist eine Synchronisiereinrichtung für Schaltkupplungen, insbesondere von Schaltgetrieben, bekannt geworden, die mit einer durch axiales Verschieben mit einer Welle drehstarr verbindbaren und mit einer Innenverzahnung versehenen Schaltmuffe sowie einem mit einer Verzahnung versehenen Kupplungskörper und einem Synchronisierring versehen ist. Die Verzahnung des Synchronisierringes ist als Sperrverzahnung ausgebildet, die ein Ineingriffkommen der Innenverzahnung der Schaltmuffe mit der Verzahnung des Kupplungskörpers erst bei Synchrondrehzahl zulässt.
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Schließlich zeigt die
DE 41 21 757 A1 ein Bereichsgetriebe für Kraftfahrzeuge mit einer Synchronisierungsanordnung mit einem gehäuseseitigen Kupplungskörper und einem abtriebsseitigen Kupplungskörper, die über eine axial betätigbare Schiebemuffe mit einem Hohlrad zur Bildung einer Übersetzung koppelbar sind, wobei während eines Einspurvorganges eine Verzahnung der Schiebemuffe mit der Verzahnung des gehäuseseitigen Kupplungskörpers zum Schalten des Bereichsgetriebes in die langsamere der Übersetzungen in Eingriff bringbar ist.
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Demnach liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Synchronisierungsanordnung der eingangs beschriebenen Gattung vorzuschlagen, bei der eine Zahn auf Zahnstellung zwischen der Verzahnung der Schiebemuffe und der Verzahnung des gehäuseseitigen Kupplungskörpers verhindert wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und den Zeichnungen.
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Demnach wird eine Synchronisierungsanordnung für ein Bereichsgetriebe, z. B. für ein Planetengetriebe oder dergleichen, eines Fahrzeugbetriebes mit zumindest einem gehäuseseitigen Kupplungskörper und einem an- oder abtriebsseitigen Kupplungskörper vorgeschlagen, die über eine axial betätigbare bzw. bewegbare Schiebemuffe mit einem weiteren Element zur Bildung einer Übersetzung koppelbar sind, wobei während eines Einspurvorganges als Einspurverzahnung z. B. eine Innenverzahnung oder dergleichen der Schiebemuffe mit z. B. einer Außenverzahnung des gehäuseseitigen Kupplungskörpers zum Schalten des Bereichsgetriebes in die langsamere der Übersetzungen in Eingriff bringbar ist. Erfindungsgemäß ist zumindest ein gehäuseseitiger Vorsprung oder dergleichen derart axial ausgerichtet, dass auf die betätigte Schiebemuffe bei einer möglichen oder drohenden Zahn auf Zahnstellung zwischen der Innenverzahnung der Schiebemuffe und der Außenverzahnung des gehäuseseitigen Kupplungskörpers ein vorbestimmter Drehimpuls vor Beginn des Einspurvorganges aufbringbar ist.
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Das Element zur Bildung einer Übersetzung kann beispielsweise als Synchronkörper oder als Hohlrad eines Planetenradsatzes ausgebildet sein. Bei Verwendung eines antriebsseitigen Kupplungskörpers ist der antriebsseitige Kupplungskörper beispielsweise mit einer Eingangswelle des Bereichsgetriebes verbunden, während bei Verwendung eines abtriebsseitigen Kupplungskörpers der abtriebsseitige Kupplungskörper beispielsweise mit einer Abtriebswelle des Bereichsgetriebes verbunden ist.
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Somit kann der Vorsprung vor Beginn des Einspurvorganges bei einer Zahn auf Zahnstellung die Außenverzahnung der Schiebemuffe erreichen, bevor die Innenverzahnung der Schiebemuffe die Außenverzahnung des gehäuseseitigen Kupplungskörpers erreicht, so dass auf die Schiebemuffe ein Drehimpuls durch den axial vorstehenden Vorsprung aufgebracht werden kann, aufgrund einer Zwangsbewegung der Schiebemuffe entlang der Kontaktfläche zwischen dem Vorsprung und der Schiebemuffenverzahnung. Dadurch wird die Einspurverzahnung aus der unerwünschten Zahn auf Zahnstellung gebracht.
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Der Vorsprung ist in tangentialer Richtung also in Umfangsrichtung bezogen auf die Außenverzahnung so ausgerichtet, dass der Vorsprung nicht mit der Außenverzahnung in Kontakt kommt, wenn keine Zahn auf Zahnstellung beim Einspurvorgang vorliegt und somit eine Zwangsdrehung der Schiebemuffe nicht erforderlich ist.
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Um sicherzustellen, dass der Vorsprung vor Beginn des Einspurvorganges die Außenverzahnung der Schiebemuffe erreicht, kann im Rahmen einer ersten möglichen Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein, dass jeder Vorsprung als Zahn ausgebildet ist und an einer mit dem gehäuseseitigen Kupplungskörper verbundenen Gehäuseplatte oder dergleichen axial in Richtung der Schiebemuffe weiter vorsteht als die Verzahnung des gehäuseseitigen Kupplungskörpers. Dadurch kann eine drohende Zahn auf Zahnstellung zwischen der Außenverzahnung des Kupplungskörpers und der Innenverzahnung der Schiebemuffe vor dem Einspurvorganges verhindert werden.
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Es ist möglich, dass an der der Schiebemuffe axial zugewandten Seite der Gehäuseplatte mehrere Zähne verteilt angeordnet sind. Dadurch kann ein Verkippen der Schiebemuffe vermieden werden, da die Zähne mit der Außenverzahnung der Schiebemuffe über den Umfang verteilt an mehreren Positionen in Kontakt kommen.
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Vorzugsweise kann die Außenverzahnung der Schiebemuffe zumindest abschnittsweise am Außenumfang der Schiebemuffe ausgebildet sein. Auf diese Weise wird eine tangentiale Anordnung der Außenverzahnung an der Schiebemuffe derart vorgesehen, dass die gehäuseseitigen Zähne bei einem normalen Einspurvorgang, also wenn keine Zahn auf Zahnstellung vorliegt, nicht mit der Außenverzahnung der Schiebemuffe in Kontakt kommen. Es sind jedoch auch andere Anordnungsmöglichkeiten denkbar.
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Zum Aufbringen eines Drehimpulses auf die Schiebemuffe kann vor Beginn des Einspurvorganges eine Flanke jedes Zahnes mit einer korrespondierenden Flanke der Außenverzahnung der Schiebemuffe in Kontakt kommen, so dass die Schiebemuffe entsprechend bewegt wird, um eine Zahn auf Zahnstellung zu verhindern. Die Schiebemuffe wird von einer der Flanken des Zahnes quasi in die eine oder andere Drehrichtung abgewiesen.
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Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kann vorsehen, dass jeder Zahn in axialer Richtung bewegbar an der Gehäuseplatte gehalten ist. Auf diese Weise können bei einer möglichen Zahn-auf-Zahnstellung zwischen den gehäuseseitigen Zähnen und der Außenverzahnung der Schiebemuffe die gehäuseseitigen Zähne in die Gehäuseplatte axial eintauchen, so dass ein normaler Einspurvorgang zwischen der Innenverzahnung der Schiebemuffe und der Außenverzahnung des gehäuseseitigen Kupplungskörpers erfolgen kann.
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Im Rahmen einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass jeder Vorsprung als Zahn an einem Hebelelement oder dergleichen angeordnet ist, welches an einer mit dem gehäuseseitigen Kupplungskörper verbundenen Gehäuseplatte um eine parallel zur Gehäuseplattenoberfläche ausgerichteten Achse schwenkbar gelagert ist. Somit kann das Hebelelement in annähernd axialer Richtung von der Gehäuseplatte geschwenkt werden. Vorzugsweise kann der Zahn an einer radial nach Innen gerichteten Fläche des Hebelelements angeordnet sein und über die Schwenkbewegung des Hebelelements zur Schiebemuffe geführt werden. Es sind auch andere Anordnungsmöglichkeiten denkbar, um den Zahn in axialer Richtung zur Außenverzahnung der Schiebemuffe führen zu können, so dass über den Hebel und den Zahn ein Drehimpuls auf die Schiebemuffe aufbringbar ist, wenn eine Zahn auf Zahnstellung zwischen der Außenverzahnung des gehäuseseitigen Kupplungskörpers und der Innenverzahnung der Schiebemuffe vorliegt.
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Um dem Drehimpuls auf die Schiebemuffe aufbringen zu können, kann vor Beginn des Einspurvorganges eine Flanke des Zahns mit einer korrespondierenden Flanke der Außenverzahnung der Schiebemuffe in Kontakt kommen.
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Vorzugsweise kann das Hebelelement über eine Druckfeder oder dergleichen in axialer Richtung vorgespannt sein. Somit wird sichergestellt, dass der Zahn derart axial positioniert ist, dass er die Außenverzahnung der Schiebemuffe erreicht, bevor die Außenverzahnung des gehäuseseitigen Kupplungskörpers die Innenverzahnung der Schiebemuffe erreichen kann.
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Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kann vorsehen, dass die Gehäuseplatte eine Ausnehmung oder dergleichen zum Durchführen des Hebelelements aufweist. Auf diese Weise kann bei einer Zahn auf Zahnstellung zwischen dem gehäuseseitigen Zahn und der Außenverzahnung der Schiebemuffe eine Behinderung des Einspurvorganges vermieden werden, indem das Hebelelement mit dem Zahn in beziehungsweise durch die Gehäuseplatte bewegbar ist, wenn die Schiebemuffe axial weiter bewegt wird. Somit kann ein normaler Einspurvorgang zwischen der Innenverzahnung der Schiebemuffe und der Außenverzahnung des gehäuseseitigen Kupplungskörpers erfolgen.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische, dreidimensionale Teilansicht einer ersten möglichen Ausführungsvariante einer Synchronisierungsanordnung;
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2 eine Draufsicht auf einen Ausschnitt der Synchronisierungsanordnung gemäß 1 vor Beginn eines Einspurvorganges;
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3 eine Draufsicht auf einen Ausschnitt der Synchronisierungsanordnung gemäß 1 beim Einspurvorgang entlang der Zugflanken der Einspurverzahnung;
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4 eine Draufsicht auf einen Ausschnitt der Synchronisierungsanordnung gemäß 1 beim Einspurvorgang entlang der Schubflanken der Einspurverzahnung;
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5 eine Draufsicht auf einen Ausschnitt der Synchronisierungsanordnung gemäß 1 bei einer Zahn auf Zahnstellung zwischen einem gehäuseseitigen Zahn und einer Außenverzahnung einer Schiebemuffe;
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6 eine schematische, dreidimensionale Teilansicht einer zweiten möglichen Ausführungsvariante der Synchronisierungsanordnung; und
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7 eine weitere schematische, dreidimensionale Teilansicht der zweiten möglichen Ausführungsvariante der Synchronisierungsanordnung.
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In den 1 bis 7 sind verschiedene Ausführungsvarianten einer Synchronisierungsanordnung dargestellt, wobei die Synchronisierungsanordnung nur teilweise gezeigt ist. Die dargestellten Bauteile der Synchronisierungsanordnung sind zur besseren Darstellung eben gezeigt, wobei die Rotationssymmetrie nicht berücksichtigt ist.
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Unabhängig von den verschiedenen Ausführungsvarianten umfasst die Synchronisierungsanordnung für ein Bereichsgetriebe eines Fahrzeuggetriebes einen gehäuseseitigen Kupplungskörper 1 und einen nicht weiter dargestellten an- oder abtriebsseitigen Kupplungskörper, die über eine in axialer Richtung betätigbare Schiebemuffe 3 mit einem hier nicht dargestellten Element zur Bildung einer Übersetzung koppelbar sind, wobei eine Außenverzahnung 5 des gehäuseseitigen Kupplungskörpers 1 und eine Innenverzahnung 4 der Schiebemuffe 3 auch als Einspurverzahnung bezeichnet werden. Das Element zur Bildung einer Übersetzung kann beispielsweise als Synchronkörper oder als Hohlrad eines Planetenradsatzes ausgebildet sein. Die Synchronisierungsanordnung weist einen Synchronring 2 zur Drehzahlanpassung der zu koppelnden Teile auf. Die Schiebemuffe 3 wird durch eine nicht weiter dargestellte Schaltgabel zwischen ihren axialen Endpositionen verstellt, um mit dem Bereichsgetriebe eine Übersetzung ins Langsamere oder ins Schnellere zu ermöglichen.
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Um beispielsweise eine Übersetzung ins Langsamere bei dem Bereichsgetriebe zu realisieren, wird die Innenverzahnung 4 der Schiebemuffe 3 durch axiales Verschieben der Schiebemuffe 3 in Richtung des gehäuseseitigen Kupplungskörpers 1 mit der Außenverzahnung 5 des gehäuseseitigen Kupplungskörpers 1 in Eingriff gebracht. Der gehäuseseitige Kupplungskörper 1 ist fest mit einer Gehäuseplatte 6 verbunden, die wiederum an dem nicht weiter dargestellten Getriebegehäuse befestigt ist.
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Um eine mögliche Zahn auf Zahnstellung zwischen der Außenverzahnung 5 des gehäuseseitigen Kupplungskörpers 1 und der Innenverzahnung 4 der Schiebemuffe 3, also bei der Einspurverzahnung, zu verhindern, wird auf die Schiebemuffe vor Beginn des Einspurvorganges ein vorbestimmter Drehimpuls über zumindest einen gehäuseseitigen Vorsprung aufgebracht, so dass sich die Schiebemuffe 3 zwangsläufig in die eine oder andere Richtung verdreht bzw. abgewiesen wird. Auf diese Weise wird die drohende Zahn auf Zahnstellung bei der Einspurverzahnung abgewendet.
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In 1 bis 5 sind verschiedene Teilansichten der ersten Ausführungsvariante der Synchronisierungsanordnung gezeigt. Bei der ersten Ausführungsvariante ist als Vorsprung zumindest ein Zahn 7 an der Gehäuseplatte 6 axial vorstehend in Richtung der Schiebemuffe 3 gehalten. Um ein Verkippen der Schiebemuffe 3 zu vermeiden, sind mehrere über den Umfang der Gehäuseplatte 6 verteilte Zähne 7 angeordnet. Die tangentiale Anordnung der Zähne 7 ist dabei so gewählt, dass diese bei einem normalen Einspurvorgang, also wenn keine Zahn auf Zahnstellung bei der Einspurverzahnung vorliegt, nicht mit einer Außenverzahnung 8 der Schiebemuffe 3 in Kontakt kommen.
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In 2 ist jedoch eine Zahn auf Zahnstellung bei der Einspurverzahnung gezeigt. In der dargestellten Position stehen sich die Firstkanten der Außenverzahnung 5 und der Innenverzahnung 4 gegenüber, ohne sich zu berühren. Da die axiale Länge der Zähne 7 an der Gehäuseplatte 6 so bemessen ist, dass die Zähne 7 in axialer Richtung die Außenverzahnung 5 des Kupplungskörpers überragen, berühren sich beziehungsweise schnäbeln die Zahnflanken der Zähne beziehungsweise des Zahnes 7 und der Außenverzahnung 8 der Schiebemuffe 3. Dadurch wird die Schiebemuffe 3 seitlich abgewiesen, so dass sie bei weiterer Axialbewegung tangential aus der Zahn auf Zahnstellung heraus bewegt wird. In 3 ist die Bewegung entlang der Zugflanken und in 4 die Bewegung entlang der Schubflanken dargestellt.
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Die an der Gehäuseplatte 6 gehaltenen Zähne 7 sind federelastisch gelagert, welches nicht weiter dargestellt ist, so dass die Zähne 7 bei einer Zahn auf Zahnstellung der Zähne 7 und der Außenverzahnung 8 der Schiebemuffe 3 in die Gehäuseplatte 6 zurückweichen können. Dadurch kann ein normaler Einspurvorgang zwischen der Außenverzahnung 5 des gehäuseseitigen Kupplungskörpers 1 und der Innenverzahnung 4 der Schiebemuffe 3 erfolgen. Die Zahn auf Zahnstellung zwischen den Zähnen 7 und der Außenverzahnung 8 der Schiebemuffe 3 ist in 5 dargestellt.
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In den 6 und 7 ist jeweils eine schematische, dreidimensionale Teilansicht einer zweiten möglichen Ausführungsvariante der Synchronisierungsanordnung dargestellt. Bei der zweiten Ausführungsvariante der Synchronisierungsanordnung ist als axialer Vorsprung ein Zahn 7' an einem Hebelelement 9 angeordnet. Das Hebelelement 9 ist hier in einem Gehäuse 11 an der mit dem gehäuseseitigen Kupplungskörper 1 verbundenen Gehäuseplatte 6 schwenkbar gelagert. Die Schwenkachse 10 ist parallel zur Gehäuseplattenoberfläche ausgerichtet. Das Hebelelement 9 ist mittels einer in dem Gehäuse 11 geführten Druckfeder 12 derart vorgespannt, das es aus der Gehäuseplatte 6 herausragt. Die Druckfeder 12 ist mit dem dem Hebelelement 9 abgewandten Ende an einer Verschlussschraube 13 gehalten.
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Der Zahn 7' ist an einer radialen Innenseite des Hebelelement 9 beispielsweise angegossen. Bei einer Schwenkbewegung des Hebelelements 9 wird der Zahn 7' in Richtung der Außenverzahnung 8 der Schiebemuffe 3 bewegt. Auch bei dieser Ausführungsvariante ist die tangentiale Anordnung des Zahnes 7' so gewählt, dass dieser bei einem normalen Einspurvorgang, also wenn sich die Einspurverzahnung nicht in einer Zahn auf Zahnstellung befindet, nicht in Funktion tritt und somit keine Berührung zwischen dem Zahn 7' und der Außenverzahnung 8 der Schiebemuffe 3 auftritt.
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Dagegen wird bei einer Zahn auf Zahnstellung der Einspurverzahnung vor dem Beginn des Einspurvorganges in ähnlicher Weise wie bei der ersten Ausführungsvariante ein Kontakt zwischen der Zahnflanke des Zahnes 7' und der korrespondierenden Zahnflanke der Außenverzahnung 8 der Schiebemuffe 3 erzeugt, wodurch aufgrund des aufgebrachten Drehimpulses eine Zwangsbewegung der Schiebemuffe 3 erreicht wird, so dass sich die Schiebemuffe 3 aus der Zahn auf Zahnstellung herausdreht.
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Der Winkel der Schwenkbewegung des Hebelelement 9 wird so gewählt, dass in der Grundstellung des Systems der Zahn 7' die Außenverzahnung 5 des gehäuseseitigen Kupplungskörpers 1 in axialer Richtung überragt. Nur so kann sichergestellt werden, dass die Außenverzahnung 8 der Schiebemuffe 3 zuerst den Zahn 7' berührt, bevor sich die Firstkanten der Außenverzahnung 5 des gehäuseseitigen Kupplungskörpers 1 und der Innenverzahnung 4 der Schiebemuffe 3 bei einer Zahn auf Zahnstellung berühren.
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Um bei einer möglichen Zahn auf Zahnstellung zwischen dem Zahn 7' und der Außenverzahnung 8 der Schiebemuffe 3 eine Behinderung des Einspurvorgang bei der Einspurverzahnung zu vermeiden, ist bei der zweiten Ausführungsvariante der Synchronisierungsanordnung vorgesehen, dass die Gehäuseplatte 6 eine Ausnehmung 14 aufweist, die so bemessen ist, dass das Hebelelement 9 mit dem angegossenen Zahn 7' in die Ausnehmung 14 geführt werden kann, um den Einspurvorgang und damit die axiale Bewegung der Schiebemuffe in ihre gehäuseseitige Endlage nicht zu behindern.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- gehäuseseitiger Kupplungskörper
- 2
- Synchronring
- 3
- Schiebemuffe
- 4
- Innenverzahnung
- 5
- Außenverzahnung des gehäuseseitigen Kupplungskörpers
- 6
- Gehäuseplatte
- 7, 7'
- Zahn
- 8
- Außenverzahnung der Schiebemuffe
- 9
- Hebelelement
- 10
- Schwenkachse
- 11
- Gehäuse
- 12
- Druckfeder
- 13
- Verschlussschraube
- 14
- Ausnehmung