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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Synchronisiereinrichtung, die
dazu dient, ein in einer Neutralstellung auf einer Welle drehbares
Gangrad auf die Drehgeschwindigkeit der Welle zu synchronisieren,
bevor eine formschlüssige
Verbindung zwischen Welle und Gangrad hergestellt wird.
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Eine
solche Synchronisiereinrichtung umfasst herkömmlicherweise einen auf der
Welle drehfesten Synchronkörper,
eine Schaltmuffe, die auf dem Synchronkörper in axialer Richtung der
Welle unter Mitnahme von Druckstücken
zwischen einer neutralen Stellung oder Leerlaufstellung und einer geschalteten
Stellung, in der die formschlüssige
Verbindung hergestellt ist, über
eine Synchronisierstellung verschiebbare Schaltmuffe und einen mit
einer Sperrverzahnung versehenen Synchronring.
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Wenn
die Schaltmuffe aus der Leerlaufstellung in die Synchronisierstellung
verschoben wird, schieben die Druckstücke den Synchronring gegen eine
kegelförmige
Reibfläche
des Gangrades, wodurch der Synchronring in eine Orientierung gedreht wird,
in welcher Schaltklauen der Schaltmuffe gegen die Sperrverzahnung
des Synchronrings anstoßen und
so ein weiteres Vorrücken
der Schaltmuffe auf das Gangrad zu, das zum Herstellen des Formschlusses
zwischen Synchronkörper
und Gangrad über
die Schaltmuffe erforderlich ist, verhindern. Erst wenn das Gangrad
auf die Drehgeschwindigkeit der Welle gebracht ist, löst sich
der Reibschluss zwischen Synchronring und Gangrad, und der Synchronring
kann in eine Orientierung drehen, in welcher die Schaltklauen der
Schaltmuffe zwischen den Zähnen
der Sperrverzahnung hindurch passieren und in eine Schaltverzahnung
des Gangrades einrücken
können.
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In
einer sog. Freiflugphase zwischen der Freigabe der Schaltklauen
durch den Synchronring und ihrem Einrücken in die Schaltverzahnung
besteht keinerlei Kopplung zwischen dem Gangrad und der Welle, so
dass es trotz zuvor erfolgter Synchronisierung wieder zu einem Auseinanderdriften
der Drehgeschwindigkeiten beider kommen kann. Eine solche Entsynchronisierung
führt dazu,
dass die Schaltklauen, wenn sie auf die Schaltverzahnung treffen,
unter Geräuschentwicklung
an diesen schleifen und Überspringer
auftreten können,
d.h. die Schaltklauen rutschen erst über die Kanten eines oder mehrerer
der Zähne
der Schaltverzahnung, bevor sie zwischen diese einrücken. Dies
kann zu einem erhöhten
Reibverschleiß an
den Schaltklauen bzw. der Schaltverzahnung führen.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist, eine Synchronisiereinrichtung zu
schaffen, die einen Synchronisationsverlust während der Freiflugphase verhindert.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch eine Synchronisiereinrichtung mit einem auf einer Welle drehfesten
Synchronkörper,
einer auf dem Synchronkörper in
Axialrichtung der Welle unter Mitnahme von Druckstücken zwischen
einer Leerlaufstellung und einer geschalteten Stellung über eine
Synchronisierstellung verschiebbaren Schaltmuffe, einem mit einer Sperrverzahnung
versehenen Synchronring und einem mit einer Schaltverzahnung versehenen
Gangrad, bei dem wenigstens ein erstes der Druckstücke in der
Synchronisierstellung den Synchronring in einer ersten Orientierung
an die Schaltmuffe drehkoppelt, in der die Sperrverzahnung des Synchronrings ein
Einrücken
von Schaltklauen der Schaltmuffe in die Schaltverzahnung sperrt,
dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein zweites der Druckstücke den
Synchronring in einer zweiten Orientierung an die Schaltmuffe drehkoppelt
und gegen das Gangrad gedrückt
hält, in
welcher die Sperrverzahnung des Synchronrings ein Einrücken von
Schaltklauen der Schaltmuffe in die Schaltverzahnung gestattet,
wenn sich die Schaltmuffe zwischen der Synchronisierstellung und
der geschalteten Stellung befindet.
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Während also
das erste Druckstück
in herkömmlicher
Weise dazu dient, in einer Synchronisierphase den Synchronring in
einer Drehstellung zu halten, in der er ein Vorrücken der Schaltmuffe auf die Schaltverzahnung
verhindert, dient das zweite Druckstück dazu, nach dem Herstellen
der Synchronisierung, wenn der Synchronring eine Orientierung einnimmt,
in der er das Vorrücken
der Schaltmuffe nicht mehr verhindert, den Synchronring an das Gangrad
gekoppelt zu halten, um so zu verhindern, dass sich während der
Freiflugphase die Drehgeschwindigkeiten des Gangrads und der Welle
wieder auseinander entwickeln.
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Von
erstem bzw. zweitem Druckstück
sind zweckmäßigerweise
jeweils mehrere Exemplare auf dem Umfang des Synchronkörpers verteilt.
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Vorzugsweise
weisen von zweitem Druckstück
und Schaltmuffe das eine einen Rastvorsprung und das andere eine
Rastvertiefung auf, die mit einem axialen Spiel lösbar ineinander greifen.
Sobald bei der Verschiebung der Schaltmuffe aus der Synchronisierstellung
in Richtung der geschalteten Stellung der Rastvorsprung das Ende
des axialen Spiels der Rastvertiefung erreicht, wird das zweite
Druckstück
von der Schaltmuffe mitgenommen und drückt dadurch den Synchronring
gegen das Gangrad. Um die Schaltmuffe in die geschaltete Stellung
zu bringen, muss dann die Verrastung zwischen Rastvorsprung und
Rastvertiefung aufgehoben werden, und der Rastvorsprung verlässt die
Rastvertiefung.
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Um
die Teilezahl der Synchronisiereinrichtung gering zu halten, sind
vorzugsweise erstes und zweites Druckstück identisch. In diesem Fall
kann zweckmäßigerweise
am Boden der Rastvertiefung eine Rastkerbe gebildet sein, in die
der Rastvorsprung in der neutralen Stellung eingreift, so dass das
Druckstück
zunächst
mitgenommen wird, wenn die Schaltmuffe die neutrale Stellung verlässt. In
diesem Fall muss die Verrastung des Rastvorsprungs in der Kerbe
gelöst
werden, um die Schaltmuffe über die
Synchronisierstellung hinaus in Richtung der geschalteten Stellung
zu bewegen.
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Alternativ
können
auch erstes und zweites Druckstück
verschieden sein, wobei das erste Druckstück in herkömmlicher Weise nur zur Synchronisierung
des Gangrades mit der Schaltmuffe dient und das zweite die Kopplung
zwischen Schaltmuffe und Gangrad während der Freiflugphase aufrecht
erhält. In
diesem Fall kann die dem zweiten Druckstück zugeordnete Rastvertiefung
einen flachen Boden aufweisen.
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Eine
Feder, die die Rastvertiefung und den Rastvorsprung gegeneinander
beaufschlagt, ist vorzugsweise Platz sparend zwischen dem Synchronkörper und
dem zweiten Druckstück
angeordnet.
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Des
Weiteren ist vorzugsweise der Rastvorsprung am zweiten Druckstück ausgebildet.
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Eine
Feder, die die Rastvertiefung und den Rastvorsprung gegeneinander
beaufschlagt, kann dann auch zwischen einem Körper des zweiten Druckstücks und
dessen Rastvorsprung angeordnet sein.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
unter Bezugnahme auf die beigefügten
Figuren. Es zeigen:
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1 bis
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5 jeweils
axiale Halbschnitte der erfindungsgemäßen Synchronisiereinrichtung
in verschiedenen Phasen eines Schaltvorgangs;
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6 eine
perspektivische Ansicht einer Schaltklaue; und
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7 einen
zu 1 analogen Schnitt durch eine zweite Ausgestaltung
der Synchronisiereinrichtung.
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1 zeigt
die erfindungsgemäße Synchronisiereinrichtung
in neutraler Stellung. Auf einer Welle 1 ist ein Synchronkörper 2 fest
montiert. Der Synchronkörper 2 hat
die Form eines Zahnrades mit einer Mehrzahl von gleichmäßig in Umfangsrichtung verteilten
Schlitzen. Die Schnittebene der 1 verläuft durch
einen solchen Schlitz. Der Außenumfang des
Synchronkörpers 2 außerhalb
des Schlitzes ist als punktierte Linie in 1 angedeutet.
Die außerhalb
der Schnittebene liegenden Zähne
des Synchronkörpers 2 sind
im Eingriff mit radial nach innen gerichteten Schaltklauen 3 einer
Schaltmuffe 4. Die Schalt muffe 4 ist mit Hilfe
einer nicht dargestellten Schaltgabel, die in eine umlaufende äußere Nut 5 der Schaltmuffe 4 eingreift,
in axialer Richtung der Welle 1 verstellbar.
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In
den Schlitzen des Synchronkörpers 2 ist jeweils
ein Druckstück 6 aufgenommen.
Das Druckstück 6 umfasst
einen Körper 7 mit,
wie in dem Schnitt der 1 gezeigt, abgeflachtem T-förmigen Querschnitt
und einen Rastbolzen 8, der sich, durch eine am Boden des
Schlitzes des Synchronkörpers 2 abgestützte Druckfeder 9 radial
nach außen
beaufschlagt, durch eine Bohrung 10 des Körpers 7 erstreckt.
Die Spitze des Rastbolzens 8 taucht in eine Aussparung
einer Schaltklaue 3 ein, die deutlicher in 6 zu
erkennen ist.
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6 zeigt
in einer perspektivischen Ansicht ein Bruchstück der Schaltmuffe 4 mit
einer Schaltklaue 3. Die Schaltklaue 3 hat die
Gestalt einer sich in axialer Richtung der Welle 1 erstreckenden
Rippe. An den Längsenden
der Rippe sind jeweils zwei Schrägflächen 11 gebildet,
die die Rippe an den Enden spitz zulaufen lassen. In einem mittleren
Bereich der Schaltklaue 3 ist eine lang gestreckte Rastvertiefung 12 gebildet,
die an ihren Enden schräge
Anschlagflächen 13 aufweist.
In der Mitte der Rastvertiefung 12 befindet sich eine Kerbe 14.
In diese Kerbe 14 greift in der in 1 gezeigten
Leerlaufstellung die Spitze des Rastbolzens 8 ein.
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Die
Schaltklauen 3 können
auf dem gesamten Umfang der Schaltmuffe 4 einheitlich wie
in 6 gezeigt geformt sein; alternativ können auch
nur diejenigen Schaltklauen 3, die in einem Schlitz des
Synchronkörpers 2 bzw.
einem in diesem Schlitz geführten
Druckstück 6 gegenüberliegen,
mit einer Rastvertiefung 12 und einer Kerbe 14 versehen
sein, während
die übrigen
Schalt klauen 3 eine von einem Ende zum anderen durchgehende
ebene Oberseite aufweisen.
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Wieder
mit Bezug auf 1 sind in axialer Richtung der
Welle 1 beiderseits des Synchronkörpers 2 und der darin
geführten
Druckstücke 6 zwei Synchronringe 15, 16 und
jenseits von diesen, an der Welle 1 drehbar gelagert, zwei
Gangräder 17 bzw. 18 angeordnet.
In der nachfolgenden Beschreibung wird lediglich auf den linken
Synchronring 15 und das linke Gangrad 17 im Detail
eingegangen, wobei sich versteht, dass für den rechten Synchronring 16 und das
rechte Gangrad 18 sinngemäß das gleiche gilt.
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Der
Synchronring 15 trägt
eine Sperrverzahnung mit Zähnen 19.
Ein Schenkel des T-förmigen Druckstücks 6 greift
in eine Aussparung des Synchronrings 15 ein, die oberhalb
und unterhalb der Schnittebene der Fig. durch Anschlagflächen 20 begrenzt
ist. Diese Anschlagflächen 20 sind
so platziert, dass, wenn sich das Druckstück 6 in einer mittiger. Stellung
zwischen ihnen befindet, jede Schaltklaue 3 in axialer
Richtung durch einen Zwischenraum zwischen zwei benachbarten Zähnen 19 der
Sperrverzahnung hindurch geschoben werden kann, wohingegen, wenn
sich das Druckstück 6 an
einer der Anschlagflächen 20 befindet,
jede Schaltklaue 3 mit einer ihrer Schrägflächen 11 gegen eine
entsprechende Schrägfläche eines
der dem Zwischenraum benachbarten Zähne 19 stößt und dadurch
an einem weiteren Vordringen in axialer Richtung gehindert ist.
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Wenn
die Schaltklauen 3 die Sperrverzahnung passiert haben,
können
sie zwischen Zähne 21 einer
Schaltverzahnung des Gangrades 17 eingreifen und so einen
Formschluss zwischen der Welle 1 und dem Gangrad 17 herstellen.
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Der
Vorgang, mit dem dieses Ziel erreicht wird, wird im Folgenden anhand
der 2 bis 4 erläutert. Diese zeigen jeweils
einen axialen Halbschnitt der Synchronisiereinrichtung analog zu 1 in
verschiedenen Phasen des Schaltvorgangs.
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In 2 ist
die Schaltmuffe 4 aus der Neutralstellung der 1 mit
Hilfe der Schaltgabel nach links in eine Synchronisierstellung verschoben.
Dadurch ist auch der Synchronring 15 so weit nach links verschoben,
dass eine kegelförmige
Reibfläche 22 des
Synchronrings 15 mit einer komplementär geformten Reibfläche des
Gangrades 17 in Kontakt kommt. Da die Welle 1 und
das Gangrad 17 nicht mit gleicher Geschwindigkeit rotieren,
wird der Synchronring 15 durch den Reibkontakt in Drehung
mitgenommen, bis eine seiner Anschlagflächen 20 gegen das
Druckstück 6 stößt. In dieser
Stellung blockiert, wie bereits erläutert, die Sperrverzahnung 19 des
Synchronrings 15 eine weitere axiale Verschiebung der Schaltmuffe 4.
Durch die Reibung zwischen Synchronring 15 und Gangrad 17 gleichen
sich deren Drehgeschwindigkeiten an, mit der Folge, dass schließlich der
Kraftschluss zwischen beiden über die
sich berührenden
Reibflächen
verloren geht und der Synchronring 15 wieder innerhalb
des durch seine Anschlagflächen 20 begrenzten
Winkelbereichs relativ zur Schaltmuffe 4 drehbar wird.
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Nun
können
die Schrägflächen 11 der Schaltklauen 3 an
denen der Zähne 19 entlang
gleiten, und der Synchronring 15 dreht sich in die bereits erwähnte Mittelstellung,
in welcher er die Schaltklauen 3 passieren lässt, so
dass die Schaltmuffe 4 weiter nach links in der Fig. bewegt
werden kann.
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Dieses
Stadium ist in 3 gezeigt. Bei dieser weiteren
axialen Verschiebung der Schaltmuffe 4 rückt der
Rastbolzen 8 aus der Kerbe 14 des Druckstücks 6 aus,
bleibt aber noch innerhalb der Rastvertiefung 12. Die Druckfeder 9,
die in der Stellung der 2 elastisch seitwärts ausgelenkt
war, ist wieder gerade.
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Mit
Fortschreiten der Axialbewegung der Schaltmuffe 4 stößt die Spitze
des Rastbolzens 8 schließlich an eine der die Rastvertiefung 12 begrenzenden
Anschlagflächen 13,
so dass das Druckstück 6,
wie in 4 zu sehen, erneut in seitliche Richtung mitgenommen
wird und dabei auch den Synchronring 15 verschiebt. Dadurch
wird erneut ein Reibschluss zwischen der Reibfläche 22 des Synchronrings
und der des Gangrades 17 hergestellt. Die Drehgeschwindigkeiten
der Welle 1 und des Gangrades 17 können somit
nicht mehr auseinander driften, während die Schaltmuffe 4 ihre
axiale Bewegung fortsetzt.
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Wenn
die Spitzen der Schaltklauen 3 unmittelbar vor denen der
Zähne 21 der
Schaltverzahnung liegen oder bereits zwischen diesen eingreifen,
ist eine Stellung erreicht, in der sich die Schaltmuffe 4 nur
weiterbewegen kann, wenn der Rastbolzen 8 die Druckfeder 9 radial
nach innen zurückdrängt, die
Anschlagfläche 13 überwindet
und aus der Rastvertiefung 12 ausrückt. Wenn dies geschieht, kehrt
das Druckstück 6,
getrieben von der Druckfeder 9, in eine mittige Stellung
zurück,
so dass es den Synchronring 15 nicht mehr gegen das Gangrad 17 presst.
Dadurch ermöglicht
es eine geringfügige
Drehung des Gangrades gegen die Welle 1, so dass die Schaltklauen 3 zwischen
die Zähne 21 einrücken und schließlich die
in 5 gezeigte geschaltete Stellung erreichen.
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7 zeigt
in einem Schnitt analog dem der 1 eine zweite
Ausgestaltung der Synchronisiereinrichtung. Sie unterscheidet sich
von der Synchronisiereinrichtung der 1 bis 5 nur
dadurch, dass die Druckfeder 9, die einen hier kugel- oder
walzenförmigen
Rastbolzen 8 gegen die Schaltmuffe 4 gedrückt hält, im Körper 7 des
Druckstücks
anstatt am Synchronkörper 2 abgestützt ist.
Die Arbeitsweise dieser Ausgestaltung ist die gleiche wie bei der ersten
Ausgestaltung und braucht daher nicht erneut erläutert zu werden.
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Bei
den oben beschriebenen Ausgestaltungen hält das gleiche Druckstück 6 sowohl
in der Synchronisierstellung als auch während der darauf folgenden
Freiflugphase den Synchronring 15 gegen das Gangrad 17 gedrückt. Einer
alternativen Ausgestaltung zufolge können diese Funktionen von unterschiedlichen
Druckstücken
wahrgenommen werden, die jeweils mit unterschiedlich gestalteten
Schaltklauen zusammenwirken. So kann z.B. eine erste Gruppe von
wenigstens drei Druckstücken 6 vorgesehen sein,
denen Schaltklauen 3 gegenüberliegen, welche auf ihrer
ansonsten flachen Oberseite lediglich eine Kerbe aufweisen, und
die zum Andrücken
des Synchronrings an das Gangrad in der Synchronisierstellung dienen,
wohingegen wenigstens drei zweite Druckstücke mit Schaltklauen 3 zusammenwirken, die
eine Rastvertiefung 12, wie in 6 gezeigt,
allerdings ohne mittige Kerbe, wie in 6 durch
gestrichelte Linien angedeutet, aufweisen.
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Alternativ
ist auch eine Ausgestaltung denkbar, bei der an der Schaltmuffe
gebildete Rastvorsprünge
mit Rastvertiefungen der Druckstücke 6 zusammenwirken,
wobei auch hier die Möglichkeit
besteht, einheitlich geformte Druckstücke zum Andrücken des
Synchronrings in der Synchronisierstellung wie auch während der
Freiflugphase vorzusehen, oder eine erste Gruppe von Druckstücken mit
einer Kerbe und die zweite Gruppe mit einer in axialer Richtung
spielhaltigen Vertiefung zu versehen.
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- 1
- Welle
- 2
- Synchronkörper
- 3
- Schaltklaue
- 4
- Schaltmuffe
- 5
- Nut
- 6
- Druckstück
- 7
- Körper
- 8
- Rastbolzen
- 9
- Druckfeder
- 10
- Bohrung
- 11
- Schrägflächen
- 12
- Rastvertiefung
- 13
- Anschlagflächen
- 14
- Kerbe
- 15
- Synchronring
- 16
- Synchronring
- 17
- Gangrad
- 18
- Gangrad
- 19
- Zahn
- 20
- Anschlagfläche
- 21
- Zahn
- 22
- Reibfläche