DE4224271A1 - Synchronisiereinrichtung für Stufengetriebe von Kraftfahrzeugen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Synchronisiereinrichtung für Stufengetriebe von Kraftfahrzeugen, mit einem lose auf einer Getriebewelle gelagerten Schaltrad, mit einem drehstarr mit dem Schaltrad verbundenen Kupplungskörper, der eine Außenver­ zahnung sowie eine zur Getriebewelle koaxiale, erste Konusfläche aufweist, mit einer Schaltmuffe, die drehstarr, aber axial verschiebbar auf der Getriebewelle angeordnet ist und eine zur Außenverzahnung des Kupplungskörpers komplementäre Innenver­ zahnung sowie eine erste Sperrverzahnung aufweist, mit einem Synchronisierring, der eine zur ersten Konusfläche komplementäre zweite Konusfläche sowie eine zur ersten Sperrverzahnung der Schaltmuffe komplementäre zweite Sperrverzahnung aufweist, wobei der Synchronisierring relativ zur Schaltmuffe zwischen Endlagen begrenzt drehbar ist und die Sperrverzahnungen mit aneinanderlie­ genden Sperrflächen in den Endlagen ein Ineingriffkommen der Außenverzahnung des Kupplungskörpers mit der Innenverzahnung der Schaltmuffe verhindern und erst bei Erreichen der Synchron­ drehzahl und reibschlüssiger Verbindung zwischen Synchronisier­ ring und Kupplungskörper unter Verdrehen des Synchronisierringes relativ zur Schaltmuffe zulassen, und mit Mitteln, die eine relative Verdrehung von Kupplungskörper und Schaltmuffe behin­ dern, wenn bei Synchrondrehzahl und außer Eingriff befindlichen Sperrflächen die reibschlüssige Verbindung durch Einleiten eines Momentes auf den Kupplungskörper gelöst wird.

Eine Synchronisiereinrichtung der vorstehend genannten Art ist aus der EP-PS 0 184 077 bekannt.

Die bekannte Synchronisiereinrichtung beruht auf dem Prinzip der sogenannten "Borg-Warner"-Synchronisierung. Bei einer solchen bekannten Synchronisierung wird beim Einlegen eines Ganges die Schaltmuffe, ausgehend von der neutralen Stellung, axial verschoben. Die Schaltmuffe nimmt bei dieser Axialbewegung einen Synchronisierring mit und drückt diesen gegen einen Gegenkonus des Kupplungskörpers, der drehstarr mit dem Schaltrad des einzulegenden Ganges verbunden ist. Dadurch wird eine reib­ schlüssige Verbindung zwischen Synchronisierring und Kupplungs­ körper hergestellt, die eine Drehzahlangleichung zwischen Welle, Schaltmuffe und Synchronisierring einerseits und Kupplungskörper sowie Zahnrad des einzulegenden Ganges andererseits bewirkt. Dabei wird, solange die Synchrondrehzahl nicht erreicht ist, der Synchronisierring vom Kupplungskörper in Umfangsrichtung gegenüber der Schaltmuffe soweit verdreht, wie es die form­ schlüssige Verbindung zwischen Synchronisierring und Schaltmuffe zuläßt. Dabei werden am Synchronisierring angebrachte Sperr­ flächen in eine Stellung gebracht, in der sie mit entsprechenden Sperrflächen an der Schaltmuffe in Eingriff kommen und ein axiales Verschieben der Schaltmuffe in Richtung auf den Kupp­ lungskörper verhindern. Bei den bekannten Synchronisiereinrich­ tungen sind diese Sperrflächen gewöhnlich an einer Außenver­ zahnung des Synchronisierringes angebracht, die der Außenver­ zahnung des Kupplungskörpers gleicht, während die Gegenflächen an den Enden der Zähne angebracht sind, die die Innenverzahnung der Schaltmuffe bilden. Nach Erreichen der Synchrondrehzahl läßt sich dann die Schaltmuffe an den Sperrflächen des Syn­ chronisierringes vorbei in die Außenverzahnung des Kupplungs­ körpers einschieben.

Solange die Schaltmuffe über ihre Sperrflächen eine Axialkraft auf die zugehörigen Sperrflächen des Synchronisierringes ausübt, wird, je nach Schräge dieser Sperrflächen zur Axialrichtung ein Reibmoment, nämlich das Synchronmoment, ausgeübt. Dieses Synchronmoment bewirkt die bereits erwähnte Drehzahlangleichung des Kupplungskörpers gegenüber dem Synchronisierring und der Schaltmuffe. Wenn nun der Kupplungskörper, im rotierenden System der genannten Elemente betrachtet, gegenüber der Schaltmuffe und dem Synchronring zum Stillstand gekommen ist (im raumfesten System also mit derselben Drehzahl rotiert), so gleiten die genannten Sperrflächen von Schaltmuffe und Synchronisierring aneinander vorbei und die Zähne der Schaltmuffe treten durch die Lücken zwischen den Zähnen des Synchronisierringes hindurch.

In diesem Augenblick wird demnach keine Axialkraft mehr auf den Synchronisierring ausgeübt und damit auch kein Synchronmoment auf den Kupplungskörper.

Aus der eingangs genannten EP-PS 0 184 077 ist nun bekannt, daß in diesem sehr kritischen Augenblick der Synchronisierung ein sogenanntes "Kaltkratzen" auftreten kann. Hierunter versteht man ein Phänomen, das dann auftreten kann, wenn die Getriebe­ elemente bei sehr kaltem Getriebe durch die hohe Viskosität des Getriebeöls stark abgebremst werden. Wenn dies der Fall ist, kann nämlich das mit dem Kupplungskörper verbundene Schaltrad des einzulegenden höheren Ganges starken Bremsmomenten ausgesetzt sein, die daher rühren, daß dieses Rad in sehr kaltem und hochviskosem Getriebeöl läuft. Durch diese starken Brems­ kräfte kann nun das Schaltrad mit dem Kupplungskörper so stark abgebremst werden, daß der Reibschluß zwischen Synchronisierring und Kupplungskörper in dem Augenblick verlorengeht, in dem die Zähne der Schaltmuffe durch die Lücken des Synchronisierringes hindurchtreten und - wie erwähnt - infolgedessen kein Syn­ chronmoment mehr aufgebracht wird. Die durch die Lücken des Synchronisierringes hindurchtretenden Zähne der Schaltmuffe treffen dann nicht mehr auf - im rotierenden System betrachtet - stillstehende Zähne des Kupplungskörpers, sondern vielmehr auf Zähne, die durch die Beendigung des Reibschlusses wieder in Rotation relativ zu Schaltmuffe/Synchronisierring geraten sind, nämlich im Sinne einer Drehzahlverminderung infolge der geschilderten Bremseffekte.

In der EP-PS 0 184 077 wird nun gelehrt, wie man dem Phänomen des "Kaltkratzens" durch eine bestimmte asymmetrische Formgebung zumindest der Zähne der Schaltmuffe begegnen kann.

Es hat sich nun gezeigt, daß ein ähnliches Phänomen aus ganz anderen physikalischen Gründen ebenfalls auftreten kann:

Im modernen Getriebebau für Kraftfahrzeuge, insbesondere Personenkraftwagen, geht man häufig zu immer höheren Antriebs­ leistungen über. Gleichzeitig wird im Interesse einer Reduzierung des Kraftstoffverbrauches angestrebt, die Elemente des Antriebs­ stranges so leicht wie möglich auszulegen. Bei Wellen im Antriebsstrang führt eine Gewichtsverminderung jedoch stets zu einer Verminderung der Querschnittsfläche und damit zu einer Erhöhung der Drehelastizität.

Insbesondere bei Antriebsanordnungen mit Frontmotor und Hinter­ achsantrieb findet man sehr lange Antriebswellen (Kardanwellen) vor, die sich bei hohen Antriebsleistungen und daher hohen Synchronmomenten elastisch verdrehen können. Wird nämlich bei einer Synchronisierung über den betreffenden Synchronisierring ein Synchronmoment aufgebracht, so führt dies zu einer Verdrehung der genannten Antriebswellen im Antriebsstrang, und damit zu einer Energiespeicherung. Diese durch die Drehelastizität der Antriebswellen gespeicherte Energie kann sich nun wieder entladen, wenn vorübergehend das Synchronmoment zu Null wird, wie in dem bereits geschilderten Zustand der Verzahnungen. Auch dann kann es zu einem Lösen des Reibschlusses zwischen Syn­ chronisierring und Kupplungskörper kommen, mit der Folge, daß die durch die Lücken zwischen den Zähnen des Synchronisierringes hindurchtretenden Zähne der Schaltmuffe wiederum auf sich relativ drehende Zähne des Kupplungskörpers treffen.

Auch dieses Phänomen macht sich akustisch durch ein Kratzge­ räusch bemerkbar und sensorisch durch eine pulsierende Kraft am Schalthebel. In der Fachsprache wird dieses Phänomen als "Schwingungskratzen" bezeichnet.

Aus der DE-PS 26 59 448 ist eine weitere Synchronisiereinrichtung für Schaltkupplungen, insbesondere von Schaltgetrieben für Kraft­ fahrzeuge bekannt. Bei dieser weiteren bekannten Synchronisier­ einrichtung sind bestimmte Zähne der Innenverzahnung der Schalt­ muffe, die über den Umfang der Schaltmuffe verteilt angeordnet sind, axial in Richtung auf den Kupplungskörper zu verlängert. Der Synchronisierring weist nur in den Bereichen der unverlänger­ ten Zähne der Schaltmuffe Sperrzähne auf und der Bereich der ver­ längerten Zähne nimmt einen kleineren Sektor ein als der Bereich, in dem der Synchronisierring frei von Sperrzähnen ist.

Auf diese Weise wird bei der bekannten Synchronisiereinrichtung eine Verkürzung des Schaltweges um das Maß der Verlängerung der Zähne der Schaltmuffe erreicht. Da jedoch auch die ver­ längerten Zähne der Schaltmuffe erst dann in formschlüssigen Eingriff mit der Außenverzahnung des Kupplungskörpers kommen können, wenn der Synchronisiervorgang abgeschlossen ist, d. h. wenn die Sperrflächen von Schaltmuffe und Synchronisierring außer Eingriff gekommen sind, kann auch bei dieser bekannten Synchronisiereinrichtung das Phänomen des "Schwingungskratzens" oder des "Kaltkratzens" auftreten, da die verlängerten und die nicht-verlängerten Zähne der Schaltmuffe starr miteinander verbunden sind.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Synchroni­ siereinrichtung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzu­ bilden, daß dieses Schwingungskratzen verhindert oder zumindest deutlich vermindert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Mittel als Klauenansätze an den Spitzen von Zähnen der Außenverzahnung des Kupplungskörpers sowie von Zähnen der Innenverzahnung der Schaltmuffe ausgebildet sind.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auf diese Weise vollkommen gelöst.

Während nämlich bei herkömmlichen Verzahnungen an Synchronisier­ einrichtungen bekannter Art die Schaltmuffe bei Auftreten des Schwingungskratzens über mehrere Zähne des Kupplungskörpers springen kann, bewirken die Klauenansätze, daß die Schaltmuffe nur noch über maximal einen Zahn abgewiesen werden kann. Die Erfindung hat ferner den Vorteil, daß sie sich ohne zusätzlichen Bauraum bei herkömmlichen Synchronisiereinrichtungen einsetzen läßt, da zusätzliche Teile nicht erforderlich sind, sondern nur die Verzahnung am Kupplungskörper sowie die Verzahnung an der Schaltmuffe entsprechend modifiziert werden muß.

Da die mit den Klauenansätzen versehenen Zähne im übrigen wie normale Schaltzähne der Schaltmuffe ausgebildet sein können, wird auch die kraftaufnehmende Fläche an den Zahnflanken im geschalteten Zustand nicht reduziert.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung verlaufen die Klauenansätze axial um 0° bis 10° geneigt.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß einerseits das Einfädeln der mit den Klauenansätzen versehenen Zähne der Schaltmuffe in die Verzahnung des Kupplungskörpers erleichtert wird, andererseits gewährleistet aber der sehr kleine Neigungswinkel, daß die Wirkung der durch die Klauenansätze gebildeten Klauen­ kupplung in vollem Umfange zum Tragen kommt.

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung entspricht die Breite der Klauenansätze etwa der halben Breite der Zähne, an deren Spitzen sie angeordnet sind.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß das Einspuren der Schaltmuffe in den Kupplungskörper verbessert wird, weil das Verhältnis der Breite der Zahnlücken (die üblicherweise so breit sind wie die Zähne) zur Breite der Klauenansätze sehr viel größer als 1 ist.

Eine weitere Ausbildung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die axiale Länge der Klauenansätze etwa dem 0,16-fachen der Eingriffslänge der Zähne entspricht, an deren speziell sie angeordnet sind.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß durch die axiale Länge der Klauenansätze die durch Torsion im Abtriebsstrang gespeicherte Restenergie durch einen Drehmomentstoß abgebaut werden kann, ohne daß die Schaltmuffe am Kupplungskörper abgewiesen wird.

Bei weiteren Ausgestaltungen der Erfindung sind die Klauenansätze angespitzt.

Auch diese Maßnahme hat den Vorteil, daß das Einfädeln der mit Klauenansätzen versehenen Zähne erleichtert wird.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist besonders bevorzugt, wenn in axialer Richtung der Winkel der Anspitzung größer ist als der Winkel der Sperrflächen.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß die Wirkung einer Klauenkupp­ lung bereits nach kurzem Schaltweg zum Tragen kommt.

Bei weiteren Ausführungsbeispielen der Erfindung sind an der Schaltmuffe segmentweise die Zähne mit den Klauenansätzen bzw. die Zähne der Sperrverzahnung angeordnet.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß die unterschiedlichen Funktionen Sperren/Durchschalten je nach Einzelfall auf einen vorbestimmten Anteil der Zähne verteilt werden kann.

Schließlich ist noch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung bevorzugt, bei dem die Zähne der Außenverzahnung des Kupplungs­ körpers, die Sperrzähne des Synchronisierringes, die mit den Klauenansätzen versehenen Zähne sowie die Sperrzähne der Schaltmuffe auf einem gemeinsamen Umfang angeordnet sind.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß sich eine besonders kompakte Bauform ergibt.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nach­ stehend noch zu erläuternden Merkmalen nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine graphische Darstellung des Schaltweges s, des Verdrehwinkels R des Antriebsstranges, der Antriebs­ drehzahl n_an sowie der auf die Antriebsdrehzahl n_an bezogenen Abtriebsdrehzahl n*_ab, jeweils für ein Stufengetriebe eines Personenkraftwagens;

Fig. 2 eine Darstellung, im Axialschnitt, durch ein Aus­ führungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Synchroni­ siereinrichtung;

Fig. 3 eine Abwicklung der Verzahnungen von Kupplungskörper, Synchronisierring und Schaltmuffe, zur Erläuterung der Funktionsweise der Erfindung;

Fig. 4 in stark vergrößertem Maßstab einen Sperrzahn sowie einen Durchschaltzahn der Schaltmuffe in der Ansicht gemäß Fig. 3.

In Fig. 1 ist anhand eines Diagrammes mit vier verschiedenen Verläufen ein Schaltvorgang für ein Stufengetriebe eines Personenkraftwagens dargestellt, bei dem sogenanntes "Schwin­ gungskratzen" auftritt.

Bei jedem Synchronisiervorgang in einem Stufengetriebe eines Kraftfahrzeuges muß ein Synchronmoment aufgebracht werden, um die zunächst mit unterschiedlicher Drehzahl umlaufenden Bauteile (Gangschaltrad, Kupplungskörper, Synchronisierring, Schaltmuffe, Schiebemuffe) auf die selbe Drehzahl, d. h. in einen Synchronzu­ stand zu bringen.

Da man für die sehr kurze Dauer eines derartigen Schaltvorganges die Abtriebsdrehzahl, entsprechend der Geschwindigkeit des Fahrzeuges, als konstant annehmen kann, dient die Synchronisie­ rung jeweils zum Vermindern bzw. Erhöhen der Drehzahl des Antriebes (Motors), je nachdem, ob hochgeschaltet oder rückge­ schaltet werden soll.

Das Synchronmoment stützt sich dabei - in Kraftflußrichtung gesehen - über den nach dem Getriebe liegenden Antriebsstrang ab. Da der Antriebsstrang aus drehelastischen Elementen, insbesondere langgestreckten Wellen, besteht, wird der Antriebs­ strang durch das Einleiten des Synchronmomentes verdreht. Das Ausmaß der Verdrehung ist dabei selbstverständlich vom Betrag des aufgebrachten Synchronmomentes abhängig. Je größer das Synchronmoment nämlich ist, desto größer ist auch die Torsion bzw. der Aufziehwinkel am Abtrieb.

In Fig. 1 ist nun mit s der Schaltweg bezeichnet, während R den Verdrehwinkel des Antriebsstranges angibt, der z. B. durch Integration der Drehzahl des Antriebsstranges gewonnen werden kann.

Mit n_an ist in Fig. 1 die Antriebsdrehzahl, d. h. die Eingangs­ drehzahl an der Synchronisiereinheit. n_an ist in Fig. 1 die Antriebsdrehzahl, d. h. die Eingangsdrehzahl an der Synchronisier­ einheit. n*_ab bezeichnet demgegenüber die auf die Antriebsdrehzahl n_an normierte Abtriebsdrehzahl, d. h. die Drehzahl am Ausgang der Synchronisiereinheit.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Hochschaltvorgang wird die Synchronisierung zum Zeitpunkt t₁ eingeleitet. Ab dem Zeitpunkt t₁ fällt die Antriebsdrehzahl n_an ab, da bei einem Hochschaltvor­ gang die Antriebsdrehzahl n_an vermindert werden muß. Die normierte Abtriebsdrehzahl n*_ab vollführt hingegen eine Schwingung, weil der nach dem Getriebe liegende Antriebsstrang infolge der bei t₁ geöffneten Trennkupplung zu schwingen beginnt, da der Antriebsstrang bis zum Öffnen der Trennkupplung durch das Antriebsmoment drehelastisch verspannt war und sich die infolge der Verdrehung gespeicherte Energie bei jetzt geöffneter Trennkupplung in Form einer Drehschwingung bemerkbar macht.

Bei fortschreitender Synchronisierung, die sich durch eine Erhöhung des Schaltweges bemerkbar macht, fällt nun die Antriebs­ drehzahl n_an weiter ab, während die Verspannung des Antriebs­ stranges mit zunehmendem Synchronmoment ebenfalls zunimmt, wie in Fig. 1 durch einen Anstieg des Verdrehwinkels 8 deutlich erkennbar ist. Die Torsion des Antriebsstranges ist dabei der bereits erwähnten Schwingung überlagert.

Beim zweiten negativen Nulldurchgang der normierten Abtriebs­ drehzahl n*_ab, d. h. zu dem in Fig. 1 eingezeichneten Zeitpunkt t₂ hat der Verdrehwinkel R sein Maximum erreicht. Die Antriebs­ drehzahl n_an hat sich im Zeitpunkt t₂ der normierten Abtriebs­ drehzahl n*_ab angenähert. Die dabei eingenommene absolute Drehzahl muß nicht unbedingt gleich der angestrebten Synchrondrehzahl sein. Infolge der Verspannung des Antriebsstranges um den Winkel R verschiebt sich nämlich die tatsächlich eingenommene Drehzahl gegenüber der gewünschten Synchrondrehzahl, da bekanntlich der Verdrehwinkel R das zeitliche Integral der Drehzahl ist bzw. die Drehzahl der ersten zeitlichen Ableitung des Drehwinkels R entspricht.

Durch die Verzögerung des Abtriebs erfolgt nun über den Reib­ schluß der Synchronisierung und die Momentenübertragung über die Sperrflächen auf die trägen Massen des Radsatzes eine gleichzeitige weitere Verzögerung der Antriebswelle, wie sich auch dem übereinstimmenden Verlauf von n_an und n*_ab ab dem Zeitpunkt t₂ bis zu einem Zeitpunkt t₃ in Fig. 1 zeigt. In diesem Zeitinter­ vall zwischen t₂ und t₃ haben An- und Abtriebswelle somit die selbe Drehzahl.

Gleichwohl kann in diesem Zeitintervall noch nicht durchgeschal­ tet werden, da ein starkes Synchronmoment aufgebracht wird, das mit umgekehrtem Vorzeichen einem entsprechend hohen Torsions­ moment entspricht. Dies folgt aus Fig. 1 dadurch, daß zum Zeitpunkt t₃ der Verdrehwinkel R immer noch in der Nähe des Maximums liegt.

Aufgrund dieser Gegebenheiten unterscheidet die Antriebswellen­ drehzahl n_an die zu synchronisierende Drehzahl über einen längeren Zeitraum, wie deutlich aus Fig. 1 zu erkennen ist. Der nach dem Getriebe liegende Antriebsstrang erfährt infolge der fortbestehenden, überlagerten Schwingung nur eine geringere Verzögerung. Dies erkennt man in Fig. 1 ab dem Zeitpunkt t₃ dadurch, daß sich die gestrichelte Kurve für die normierte Abtriebsdrehzahl n*_ab von der durchgezogen eingezeichneten Kurve für die Antriebswellendrehzahl n_an löst und oberhalb dieser verläuft.

Auf diese Weise wird die Abtriebswelle mit einem Mal schneller, weil n*_ab größer wird als n_an. Infolgedessen werden die Sperrflächen zwischen Schaltmuffe und Synchronisierring entlastet, das Drehmoment an der Synchronisierstelle wird zu Null, der Ver­ drehwinkel R fällt schlagartig ab und ein Durchschalten ist möglich.

Da die Antriebswellenzahl n_an jedoch immer noch deutlich unter der zu synchronisierenden Drehzahl liegt und die Schaltmuffe in den Kupplungskörper geschaltet wird, synchronisieren sich Schaltmuffe und Kupplungskörper unmittelbar aneinander über die Kupplungskörperverzahnung, was sich durch eine deutliche Schwingung ab dem Zeitpunkt t₄ in Fig. 1 bemerkbar macht. Erst zum Zeitpunkt t₅ ist die Nachsynchronisierung über die Ver­ zahnungen von Schaltmuffe und Kupplungskörper abgeschlossen. Die zwischen den Zeitpunkten t₄ und t₅ in Fig. 1 bei allen vier Verläufen deutlich zu erkennenden hochfrequenten Schwingungen werden als "Schwingungskratzen" bezeichnet, weil sich dieses Phänomen als Kratzgeräusch bemerkbar macht, ebenso wie als pulsierende Kraft am Schalthebel (vgl. Diagramm s).

Das nachstehend geschilderte Ausführungsbeispiel der Erfindung hat den Zweck, das "Schwingungskratzen" zu vermeiden oder zumindest drastisch zu vermindern.

In Fig. 2 ist mit 10 insgesamt eine Synchronisiereinrichtung für ein Kraftfahrzeuggetriebe dargestellt. Die Synchronisier­ einrichtung 10 wirkt an einem Schaltrad 11, dessen Außenver­ zahnung mit 12 bezeichnet ist. Am Schaltrad 11 ist ein Kupplungs­ körper 13 drehstarr angebracht. Der Kupplungskörper 13 weist eine Außenverzahnung 14 auf. In einem Grundkörper 15 des Kupplungskörpers 13 befindet sich eine Ausnehmung 16. Das Schaltrad 11 sitzt über ein Lager 17 drehbar auf einer Getriebe­ welle 18.

Ein Doppelkonus-Reibring 20 ragt mit Fortsätzen in die Ausnehmung 16. Der mit Reibbelägen versehene innere Teil des Doppelkonus- Reibringes 20 liegt zwischen einer ersten Konusfläche 21 des Kupplungskörpers 13 sowie einer zweiten Konusfläche 22 eines Synchronisierringes 25. Der Synchronisierring 25 ist an seinem Außenumfang mit einer Sperrverzahnung 26 versehen.

Eine Schaltmuffe 30 weist eine Innenverzahnung 31 auf. An ihrem Außenumfang ist eine Ausnehmung 32 für eine nicht dargestellte Schaltgabel vorgesehen.

Aus Fig. 2 folgt deutlich, daß die im vorliegenden Zusammenhang interessierenden Verzahnungen, nämlich die Außenverzahnung 14 des Kupplungskörpers 13, die Sperrverzahnung 26 des Synchroni­ sierringes 25 und die Innenverzahnung 31 der Schaltmuffe 30 auf einem gemeinsamen Umfang R liegen.

Die Schaltmuffe 30 ist über eine Muffe 35 drehstarr mit der Getriebewelle 18 verbunden.

Insoweit handelt es sich bei der Synchronisiereinrichtung 10 gemäß Fig. 2 um eine Synchronisiereinrichtung herkömmlicher Art.

Das Besondere an der Synchronisiereinrichtung 10 ergibt sich aus der abgewickelten Darstellung der auf dem gemeinsamen Umfang R liegenden Verzahnungen gemäß Fig. 3.

In Fig. 3 ist links der Kupplungskörper 13 mit seiner Verzahnung 14 dargestellt, die aus Zähnen 40 besteht. Die Zähne 40 weisen in dem in Fig. 3 linken Teil einen herkömmlichen, sich ver­ jüngenden Zahnkörper 41 auf. Der Zahnkörper 41 aller Zähne 40 läuft in Fig. 2 am rechten Ende in einen Klauenansatz 42 aus.

In der Mitte der Fig. 3 ist der Synchronisierring 25 mit seiner Sperrverzahnung 26 angedeutet. Die Sperrverzahnung 26 besteht aus Zähnen 50 mit herkömmlichen Sperrflächen 51. Die Sperrzähne 50 sind am Umfang des Synchronisierringes 25 jeweils nur über ein Umfangssegment 52 angeordnet.

In der rechten Hälfte der Fig. 3 ist die Schaltmuffe 30 mit ihrer Verzahnung 31 angedeutet. Die Verzahnung 31 besteht im Bereich des Umfangssegmentes 52 aus Sperrzähnen 60 herkömmlicher Bauart mit Sperrflächen 61 an ihren Spitzen. Die Sperrzähne 60 mit ihren Sperrflächen 61 sind komplementär zu den Sperrzähnen 50 des Synchronisierringes 25 mit ihren Sperrflächen 51 angeordnet.

In den anderen Umfangssegmenten 68 der Schaltmuffe 30 ist die Verzahnung 31 mit Durchschaltzähnen 65 ausgebildet. Die Durch­ schaltzähne 65 weisen in Fig. 3 rechts einen herkömmlichen Zahnkörper 66 auf, der dem Zahnkörper der Sperrzähne 60 ent­ spricht. An dem in Fig. 3 linken Ende sind die Durchschaltzähne 65 hingegen ebenfalls an ihrer Spitze mit Klauenansätzen 67 versehen. Die Klauenansätze 67 sind in der Darstellung der Fig. 3 klappsymmetrisch zu den Klauenansätzen 42 der Zähne 40 des Kupplungskörpers 13 ausgebildet.

In Fig. 4 sind in vergrößertem Maßstab ein Sperrzahn 60 sowie ein Durchschaltzahn 65 in der Ansicht der Fig. 3 zu erkennen.

Der Durchschaltzahn 65 ist mit einer Breite B ausgeführt, die der Breite B der Zahnlücken zwischen den Zähnen 60, 65 ent­ spricht.

Am vorderen Ende des Durchschaltzahnes 65 ist der Klauenansatz 67 zunächst mit einer stumpfwinkeligen Spitze ausgebildet, deren Neigungswinkel α zur Achse zwischen 40° und 70° liegen kann und vorzugsweise 60° beträgt. Die axiale Länge l₁ der stumpf­ winkeligen Spitze beträgt ungefähr das 0,05- bis 0,1-fache, vorzugsweise das 0,07-fache der Eingriffslänge L der Zähne 60, 65 im geschalteten Zustand.

An die stumpfwinkelige Spitze schließt sich ein flachwinkeliger Abschnitt an, dessen Neigungswinkel β zur Achse zwischen 0° und 10° liegen kann und vorzugsweise 7° beträgt. Die axiale Länge l₂ beträgt etwa das 0,05- bis 0,15-fache, vorzugsweise das 0,09-fache der axialen Eingriffslänge L.

Die stumpfwinkelige Spitze und der flachwinkelige Abschnitt bilden zusammen den Klauenansatz 67. Vom Klauenansatz 67 führt dann ein angespitzter Abschnitt mit einem Neigungswinkel γ auf die volle Breite B des Durchschaltzahnes 65. Die axiale Länge l₃ dieses Abschnittes beträgt ungefähr das 0,07- bis 0,18-fache, vorzugsweise das 0,12-fache der axialen Eingriffslänge L.

Der Durchschaltzahn 65 ist hinter diesem Abschnitt leicht hinterschnitten, wie mit einem Winkel δ angedeutet, der zwischen 0° und 10° liegen kann und vorzugsweise 4° beträgt.

Der Sperrzahn 60 ist demgegenüber von konventioneller Gestaltung und man erkennt, daß der Neigungswinkel der Sperrfläche 61 gleich dem Winkel δ von vorzugsweise 40° ist.

Die Wirkungsweise der Synchronisiervorrichtung ist wie folgt:

Wenn im synchronisierten Zustand der Kupplungskörper 13 und der Synchronisierring 25 reibschlüssig miteinander umlaufen und die Zähne 60, 65 der Verzahnung 31 der Schaltmuffe 30 mit ihren Spitzen an den Sperrflächen 51 der Zähne 50 des Syn­ chronisierringes 25 vorbeigelaufen sind, kann sich bei Auftreten des Schwingungskratzens der Reibschluß zwischen Synchronisierring 25 und Kupplungskörper 13 in der eingangs beschriebenen Weise wieder auftrennen.

Da die Zähne 60, 65 der Schaltmuffe 30 weiter vorgeschoben werden, gelangen die Klauenansätze 67 an den Durchschaltzähnen 65 der Schaltmuffe 30 sogleich in Eingriff mit den Klauenansätzen 42 an den Zähnen 40 des Kupplungskörpers 13. Aufgrund der axialen oder um den Winkel β nur leicht geneigten Seitenflächen der Klauenansätze 42, 67 wird die Relativdrehung zwischen Kupplungs­ körper 13 und Schaltmuffe 30 sogleich formschlüssig beendet, indem maximal die Durchschaltzähne 65 um einen Zahn 40 des Kupplungskörpers 13 in Umfangsrichtung springen. Von diesem Zeitpunkt an herrscht ein Formschluß zwischen Kupplungskörper 13 und Schaltmuffe 30 und alle Zähne 60, 65 der Verzahnung 31 der Schaltmuffe 30 können sich in die Zahnlücken zwischen den Zähnen 40 des Kupplungskörpers 13 schieben.

Während also die Sperrzähne 60 der Schaltmuffe 30 selektiv die Synchronisierung bewirken, indem sie über die Sperrflächen 51, 61 das zum Synchronisieren erforderliche Drehmoment auf den Synchronisierring 25 aufbringen, haben die Durchschaltzähne 65 mit ihren Klauenansätzen 67 die Aufgabe, im Falle des Verlustes der Synchronisierung beim Schwingungskratzen sogleich einen Formschluß in Umfangsrichtung mit dem Kupplungskörper 13 herzustellen.

Die Verteilung der verschiedenen Zahnarten 60, 65 auf der Schaltmuffe 30 kann dabei nach den Bedingungen des Einzelfalls durchaus variiert werden.

Claims (8)

1. Synchronisiereinrichtung für Stufengetriebe von Kraftfahr­ zeugen, mit einem lose auf einer Getriebewelle (18) gelagerten Schaltrad (11), mit einem drehstarr mit dem Schaltrad (11) verbundenen Kupplungskörper (13), der eine Außenverzahnung (14) sowie eine zur Getriebewelle (18) koaxiale, erste Konusfläche (21) aufweist, mit einer Schaltmuffe (30), die drehstarr, aber axial verschiebbar auf der Getriebewelle (18) angeordnet ist und eine zur Außenverzahnung (14) des Kupplungskörpers (13) komplementäre Innenverzahnung (65), sowie eine erste Sperrverzahnung (60) aufweist, mit einem Synchronisierring (25), der eine zur ersten Konusfläche (21) komplementäre zweite Konus­ fläche (22) sowie eine zur ersten Sperrverzahnung (60) der Schaltmuffe (20) komplementäre zweite Sperrverzahnung (26) aufweist, wobei der Synchronisierring (25) relativ zur Schaltmuffe (30) zwischen Endlagen begrenzt drehbar ist und die Sperrverzahnungen (60, 26) mit aneinanderliegen­ den Sperrflächen (51, 61) in den Endlagen ein in Eingriff­ kommen mit der Außenverzahnung (14) des Kupplungskörpers (13) mit der Innenverzahnung (65) der Schaltmuffe (30) verhindern und erst bei Erreichen der Synchrondrehzahl und reibschlüssige Verbindung zwischen Synchronisierring (25) und Kupplungskörper (13) unter Verdrehen des Syn­ chronisierringes (25) relativ zur Schaltmuffe (30) zulassen, und mit Mitteln, die eine relative Verdrehung von Kupplungs­ körper (13) und Schaltmuffe (30) behindern, wenn bei Synchrondrehzahl und außer Eingriff befindlichen Sperr­ flächen (51, 61) die reibschlüssige Verbindung durch Einleiten eines Momentes auf den Kupplungskörper (13) gelöst wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel als Klauen­ ansätze (42, 67) an den Spitzen von Zähnen (40) der Außenverzahnung (14) des Kupplungskörpers (13) sowie von Zähnen (65) der Innenverzahnung der Schaltmuffe (30) ausgebildet sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Klauenansätze (42, 67) axial um 0° bis 10° geneigt verlaufen.

3. Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite (b₁) der Klauenansätze (42, 47) etwa der halben Breite (B) der Zähne (40, 65) ent­ spricht, an deren Spitze sie angeordnet sind.

4. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Länge (l₁ + l₂) der Klauenansätze (42, 67) etwa dem 0,16-fachen der Eingriffslänge (L) der Zähne (40, 65) entspricht, an deren Spitze sie angeordnet sind.

5. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Klauenansätze (42, 67) angespitzt sind.

6. Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in axialer Richtung der Winkel (α) der Anspitzung größer ist als der Winkel (γ) der Sperrflächen (51, 61).

7. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß an der Schaltmuffe (30) segmentweise (52, 68) die Zähne (65) mit den Klauenansätzen (67) bzw. die Zähne (60) der Sperrverzahnung angeordnet sind.

8. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne (40) der Außenver­ zahnung (41) des Kupplungskörpers (13), die Sperrzähne (50) des Synchronisierringes (25), und die mit den Klauen­ ansätzen (67) versehenen Zähne (65) sowie die Sperrzähne (60) der Schaltmuffe (30) auf einem gemeinsamen Umfang (R) angeordnet sind.