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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Sperrsynchronisiereinrichtung
für ein Schaltgetriebe. Eine Sperrsynchronisiereinrichtung
umfasst herkömmlicherweise einen auf einer Getriebewelle
drehfesten Synchronkörper, auf dem eine Schaltmuffe axial
verschiebbar ist, ein auf der Getriebewelle drehbar gelagertes Gangrad
und einen Synchronring, der durch Verschieben der Schaltmuffe gegen
eine Reibfläche des Gangrades gedrückt werden
kann, um das Gangrad mit der Drehung der Getriebewelle zu synchronisieren.
Der Synchronring ist in Bezug auf den Synchronkörper und
die Schaltmuffe in begrenztem Umfang drehbeweglich und trägt
eine Sperrverzahnung, die, solange aufgrund einer Drehzahldifferenz
zwischen Getriebewelle und Gangrad der Synchronring sich an einem
Anschlag seines Drehbewegungsbereichs befindet, Zähnen
oder Schaltklauen der Schaltmuffe den Durchgang in eine Schaltverzahnung
des Gangrades verwehrt. Erst bei vollständiger Synchronisation
des Gangrades mit der Getriebewelle kann sich der Synchronring aus
seiner Anschlagstellung lösen und der Schaltmuffe den Weg
freigeben.
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Um
den Synchronring zu passieren, benötigt die Schaltmuffe
eine Zeitspanne, in der die zuvor hergestellte Synchronisierung
mit dem Gangrad bereits wieder verloren gehen kann. Diese Zeitspanne
wird auch als Freiflugphase bezeichnet. Wenn es zu einem Synchronisationsverlust
kommt, kann die Schaltmuffe nicht glatt in die Schaltverzahnung
des Gangrades einrücken. Die gegeneinander rotierenden
Zähne von Schaltmuffe und Schaltverzahnung springen, was
mit Geräuschentwicklung und Materialbeanspruchung verbunden
ist, und sind nur mit Verzögerung und unter Schwierigkeiten
zum Einrücken zu bringen.
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Hauptursachen
für den Synchronisationsverlust sind ein Schleppmoment
des Getriebes oder ein relativer Drehimpuls, den die Schaltmuffe
beim Lösen der Blockierung auf den Synchronring überträgt. Beim
Aufwärtsschalten hat dieser Drehimpuls die gleiche Richtung
wie das Schleppmoment und verzögert die während
des Schaltens antriebslosen Teile der Kupplung. Beim Abwärtsschalten
ist dieser Impuls entgegengesetzt zum Schleppmoment orientiert.
Daher kommt es in der Regel nur beim Aufwärtsschalten zu
einem kritischen Synchronisationsverlust.
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Aus
DE 100 22 509 ist eine
Sperrsynchronisiereinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1
bekannt, bei der die Zähne der Schaltmuffe asymmetrische
dem Synchronring zugewandte Spitzen haben. Eine Facette dieser Spitzen,
die beim Abwärtsschalten über den Synchronring
gleitet ist schmaler als eine entsprechende Facette, die beim Aufwärtsschalten über
den Synchronring gleitet, so dass während des Aufwärtsschattens
die Zeitspanne, in der die Schaltmuffe ohne Kontakt mit dem Synchronring
gegen die Schaltverzahnung vorrückt, und in der sich Schaltmuffe
und Schaltverzahnung desynchronisieren können, kürzer
ist als beim Abwärtsschalten. Zwar ist auf diese Weise
die Gefahr eines kritischen Synchronisationsverlusts beim Aufwärtsschalten
im Vergleich zu einer Synchronisiereinrichtung mit symmetrischen
Zahnquerschnitten bereits reduziert, vollends ausgeräumt
werden kann sie dennoch nicht. Es besteht daher diesbezüglich
weiterhin Verbesserungsbedarf.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist, eine Sperrsynchronisiereinrichtung
anzugeben, bei der die Gefahr eines kritischen Synchronisationsverlusts beim
Aufwärtsschalten noch weiter verringert ist.
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Die
Aufgabe wird gelöst, indem bei einer Sperrsynchronisiereiririchtung
mit einer bezüglich einer Welle drehfesten und axial verschiebbare
Schaltmuffe und einem Synchronring, wobei von Schaltmuffe und Synchronring
das eine einen Satz von ersten Zähnen und das andere einen
Satz von zweiten Zähnen aufweist, zwischen die die ersten
Zähne einrückbar sind, jeder von den ersten Zähnen
zwischen einer ausgerückten und einer eingerückten
Stellung zurücklegbare Weg einen schräg zur Achse
der Welle verlaufenden Abschnitt aufweist. Dieser schräg verlaufende
Abschnitt erzwingt immer dann, wenn nach Herstellung der Synchronisierung
der Synchronring die Schaltmuffe frei gibt, eine Übertragung vom
Drehimpuls auf den Synchronring und ein mit ihm noch in Reibkontakt
stehendes Gangrad. Indem die Richtung dieses Drehimpulses entgegengesetzt zu
einem das Gangrad verzögernden Schleppmoment gewählt
ist, wird das Gangrad jeweils vor Beginn der Freiflugphase auf eine
Drehgeschwindigkeit beschleunigt, die geringfügig höher
als die des Synchronkörpers ist. Eine Verzögerung
des Gangrades während der Freiflugphase bewirkt daher zunächst eine
Wiederherstellung der Synchronisation, anstatt sofort zu einem Auseinanderlaufen
der Drehgeschwindigkeiten von Gangrad und Schaltmuffe zu führen.
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Um
den schräg zur Achse verlaufenden Wegabschnitt zu definieren,
weisen vorzugsweise je zwei benachbarte zweite Zähne einander
parallel und schräg zur Achse gegenüberliegende
Begrenzungsflächen auf.
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Eine
dieser Begrenzungsflächen bildet vorzugsweise mit einer
gegenüberliegenden dritten Begrenzungsfläche eines
anderen zweiten Zahns einen Einführtrichter, in den die
ersten Zähne jeweils zu Beginn eines Synchronisationsvorgangs
einrücken.
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Der
Einführtrichter sollte einen Öffnungswinkel von
wenigstens 60°, vorzugsweise von circa 90° aufweisen,
so dass ein erster Zahn, der beim Synchronisieren zum Hochschalten
zunächst an der dritten Begrenzungsfläche entlang
gleitet, unter einem ausreichend großen Winkel auf die
gegenüberliegende Begrenzungsfläche trifft, um
den Synchronring weiterhin gegen die Reibfläche des Gangrades
gedrückt zu halten.
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Um
dem schrägen Wegabschnitt gut folgen zu können,
weisen die ersten Zähne vorzugsweise zwei einander parallel
und schräg zur Achse Begrenzungsflächen auf.
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Der
Abstand dieser Begrenzungsflächen der ersten Zähne
voneinander muss kleiner sein als der der Begrenzungsflächen
der zweiten Zähne.
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Andererseits
ist vorzugsweise der in Umfangsrichtung gemessene Abstand zwischen
zwei benachbarten zweiten Zähnen kleiner als die in Umfangsrichtung
gemessene Breite der ersten Zähne.
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Zwar
sind gemäß den im folgenden betrachteten Ausführungsbeispielen
die ersten Zähne an dem Synchronring und die zweiten Zähne
an der Schaltmuffe vorgesehen, doch dürfte leicht nachvollziehbar
sein, dass die gleiche Wirkung erreichbar ist, wenn sich die ersten
Zähne am Synchronring und die zweiten an der Schaltmuffe
befinden.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme
auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
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1 einen
schematischen Axialschnitt durch eine Schaltkupplung mit einer erfindungsgemäßen
Sperrsynchronisiereinrichtung;
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2 eine
perspektivische Ansicht eines Bruchstücks der Schaltmuffe
der Sperrsynchronisiereinrichtung aus 1;
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3 schematische
Umrisse von Zähnen der Schaltmuffe und des Synchronrings
gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung
sowie diverse Positionen der Zähne von Schaltmuffe und
Synchronring relativ zueinander während eines Synchronisationsvorgangs;
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4 Umrisse
von Zähnen gemäß einer zweiten Ausgestaltung;
und
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5 Umrisse
von Zähnen gemäß einer dritten Ausgestaltung.
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Bei
der in 1 gezeigten Schaltkupplung eines Kraftfahrzeug-Schaltgetriebes
ist auf einer Welle 1 ein Synchronkörper 2 fest
montiert. Der Synchronkörper 2 hat in an sich
bekannter Weise die Form eines Zahnrades mit einer Mehrzahl von
gleichmäßig in Umfangsrichtung verteilten Schlitzen,
die axial verschiebbare Druckstücke aufnehmen. In 1 ist
ein solches Druckstück nicht zu sehen, da die Schnittebene
außerhalb eines solchen Schlitzes liegt. In 1 als
gestrichelte Kontur dargestellte, da außerhalb der Schnittebene
liegende Zähne des Synchronkörpers 2 sind
im Eingriff mit radial nach innen gerichteten Zähnen oder
Schaltklauen 3 einer Schaltmuffe 4, welche den
Synchronkörper 2 und die Druckstücke
ringförmig umgibt. Die Schaltmuffe 4 ist mit Hilfe
einer nicht dargestellten Schaltgabel axial verschiebbar, die von
einem ebenfalls nicht dargestellten Schalt-/Wählhebel angetrieben,
in axialer Richtung der Welle 1 verstellbar ist und in
eine umlaufende Nut der Schaltmuffe 4 eingreift.
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Benachbart
zu dem Synchronkörper 2 ist ein Gangrad 5 drehbar
auf der Welle 1 montiert. An einer dem Synchronkörper 2 zugewandten
Seite des Gangrades 5 befindet sich ein Reibkonus 6,
an den in axialer Richtung eine Schaltverzahnung 7 angrenzt.
Auf dem Reibkonus 6, zwischen dem Synchronkörper 2 und
der Schaltverzahnung 7, sitzt ein Synchronring 8. Der
Synchronring 8 ist in Bezug auf das Gangrad 5 frei
drehbar und in seiner Drehbeweglichkeit gegenüber dem Synchronkörper 2 durch
die Druckstücke eingeschränkt. Die Drehbewegungsfreiheit
des Synchronrings 8 ist so festgelegt, dass in seinen beiden Anschlagstellungen
jeweils ein Zahn 9 einer Sperrverzahnung des Synchronrings 8 mit
einer Schaltklaue 3 der Schaltmuffe 4 fluchtet
und so das Vorrücken der Schaltmuffe 4 gegen das
Gangrad 5 blockiert. Erst wenn durch den Reibschluss zwischen dem
Synchronring 8 und dem Reibkonus 6 das Gangrad 5 mit
der Welle 1 synchronisiert ist, kann sich der Synchronring 8 von
dem Reibkonus 6 lösen und sich so drehen, dass
die Schaltklauen 3 zwischen den Zähnen 9 passieren
können.
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2 zeigt
ein Bruchstück der Schaltmuffe 4 mit einer einzelnen
Schaltklaue 3. Die Schaltklaue 3 hat die Form
einer axial lang gestreckten Rippe, die an einem dem Synchronring 8 zugewandten
Ende mit zwei zueinander rechtwinkligen, einen Keil bildenden Facetten 10, 11 abschließt.
Die Facette 10 geht an einer vom Synchronring 8 abgewandten
Seite unmittelbar in eine sich im Wesentlichen axial erstreckende
Seitenwand über; zwischen der anderen Facette 11 und
der zu ihr benachbarten Seitenwand 13 befindet sich eine
zu der Facette 10 entgegengesetzt parallele Facette 12.
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3 zeigt
zwei Schaltklauen 3 und einen zwischen sie einrückenden
Zahn 9 des Synchronrings 8 in verschiedenen Phasen
eines Einrückvorgangs gemäß einer ersten
Ausgestaltung der Erfindung. Der Zahn 9 hat hier einen
viereckigen Umriss mit jeweils zu den Facetten 10, 11 im
Wesentlichen parallelen und diesen zugewandten Stirnseiten 14, 15,
einer rückwärtigen Schräge 16 und
einer Rückseite 17, deren genaue Form für
die Wirkungsweise der Sperrsynchronisiereinrichtung von untergeordneter
Bedeutung ist.
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In
einem ersten Stadium eines ein Hochschalten des Schaltgetriebes
vorbereitenden Synchronisationsvorgangs liegt die Stirnseite 14 des
in diesem Stadium mit 9a bezeichneten Zahns 9 großflächig
an der Facette 11 der Schaltklaue 3 an. Die Schaltmuffe 4 drückt
den Synchronring 8 in axialer Richtung (in der Darstellung
der 3 nach oben) gegen den Reibkonus 6. Die
unterschiedlichen Drehgeschwindigkeiten von Welle 1 und
Gangrad 5 treiben die Zähne 9 des Synchronrings 8 in
der Darstellung der 3 nach rechts, so dass an den
einander berührenden Oberflächen 11, 14 eine
im Wesentlichen zur Oberfläche senkrechte resultierende
Kraft wirkt. Dadurch blockiert der Synchronring 8 ein weiteres
Vorrücken der Schaltmuffe 4.
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In
dem Maße, wie sich der Drehzahlunterschied zwischen Welle 1 und
Gangrad 5 vermindert, dreht die resultierende Kraft an
den Oberflächen 11, 14 fortschreitend
in axiale Richtung, bis schließlich der Zahn 9 beginnt,
die von ihm berührte Facette 11 beiseite zu drücken
und zwischen die Klauen 3 einzurücken. In der
mit 9b bezeichneten Stellung hat der Zahn des Synchronrings
einen Großteil der Facette 11 passiert, wurde
dabei aber gleichzeitig nach links verschoben. Diese Linksverschiebung
entspricht einer Verlangsamung der Drehung des Synchronrings 8 und
des weiterhin mit ihm in Reibschluss stehenden Gangrades 5.
Diese Verlangsamung ist unerwünscht, da sie das Einrücken
der Schaltklauen 3 in die Schaltverzahnung 7 des
Gangrades 5 erschwert.
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Wenn
der Zahn 9 weiter in den von den Facetten 10, 11 der
beiderseits benachbarten Schaltklauen 3 gebildeten Einführtrichter
vorrückt, trifft schließlich, in der mit 9c bezeichneten
Stellung, seine Stirnseite 15 auf die Facette 10 der
links benachbarten Schaltklaue 3. Es ergibt sich so die
gleiche Paarung von aneinander anliegenden Oberflächen wie
bei einem Herunterschaltvorgang, und wie bei diesem führt
ein weiteres Vorrücken des Zahns 9 in den Zwischenraum
zwischen den Schaltklauen 3 zu einer Verschiebung des Zahns 9 nach
rechts, entsprechend einer Beschleunigung der Drehung von Synchronring 8 und
Gangrad 5.
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Wenn
schließlich in der mit 9d bezeichneten Stellung
der Zahn 9 die Facette 10 passiert hat und die
Freiflugphase beginnt, an deren Ende die Schaltklauen 3 in
die Schaltverzahnung 7 des Gangrades 5 eingreifen
werden, läuft das Gangrad 5 geringfügig schneller
um als die Schaltmuffe 4. Eine Verzögerung des
Gangrades 5 durch das Schleppmoment des Getriebes während
der Freiflugphase bewirkt daher zunächst sogar eine Verbesserung
des Gleichlaufs von Gangrad 5 und Welle 1 und
ermöglicht so ein sauberes Einrücken der Schaltklauen 3 in
die Schaltverzahnung 7.
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Eine
schraffierte Fläche in 3 kennzeichnet
die Menge der Punkte, die aufgrund der Geometrie der Schaltklauen 3 und
des Zahns 9 die durch den Schnittpunkt der Stirnseiten 14, 15 definierte Spitze
des Zahns belegen kann. Ein im Wesentlichen dreieckiger oberer Bereich 18 dieser
Fläche entspricht einer Platzierung des Zahns 9 in
dem Aufnahmetrichter. An diesen Bereich 18 schließt
sich ein schmaler, schräg abwärts verlaufender
Streifen 19 an, der dem Weg des Zahns zwischen den Positionen 9c und 9d entspricht.
Auf den Streifen 19 wiederum folgt ein sich nach unten
geringfügig verbreiternder Streifen 20 entsprechend
dem Weg des Zahns 9 zwischen den geringfügig auseinander
laufenden Seitenwänden 13 der benachbarten Schaltklauen 3. Wie
man leicht sieht, gibt es keinen geradlinigen Weg, auf dem die schraffierte
Fläche von oben bis unten durchlaufen werden kann. Der
Zahn 9 kann daher nicht aus dem Einführtrichter
in den Bereich zwischen den Seitenwänden 13 vordringen,
ohne dass er dabei über die Facette 10 streicht
und das Gangrad 5 eine Zwischenbeschleunigung erfährt.
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Damit
der Zahn 9 zwischen den Schaltklauen 3 hindurchtreten
kann, muss der Abstand D zwischen den einander zugewandten Facetten 10, 12 der
zwei benachbarten Schaltklauen 3 größer
sein als der Abstand d zwischen der Stirnseite 15 und der
rückwärtigen Schräge 16 des
Zahns 9; um die Seitwärtsbewegung des Zahns 9 in
Kontakt mit der Facette 10 zu erzwingen, muss die in Umfangsrichtung
gemessene Breite B des Zwischenraums zwischen den Schaltklauen 3 kleiner
sein als die entsprechende Breite b des Zahns 9.
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4 zeigt
eine abgewandelte Ausgestaltung der Sperrsynchronisiereinrichtung,
bei der im Vergleich zu derjenigen der 3 die Länge
der rückwärtigen Schräge 16 des
Zahns 9 reduziert ist. Auch hier ist die von der Spitze
des Zahns 9 erreichbare Fläche schraffiert eingezeichnet;
sie hat im Wesentlichen dieselbe Gestalt wie in 3.
Bedingt durch die veränderte Querschnittsform des Zahns 9 überlappen
hier, anders als in 3, die Facetten 10, 12 in
axialer Richtung nicht.
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In
der Ausgestaltung der 5 ist der Querschnitt des Zahns 9 auf
ein Dreieck reduziert. Auch hier kann durch entsprechende Platzierung
der Facetten 10, 11, 12 der Zahn 9 auf
einen teilweise schräg zur Achse verlaufenden Weg, wie
in 3 dargestellt, gezwungen werden.
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- 1
- Welle
- 2
- Synchronkörper
- 3
- Schaltklaue/-zahn
- 4
- Schaltmuffe
- 5
- Gangrad
- 6
- Reibkonus
- 7
- Schaltverzahnung
- 8
- Synchronring
- 9
- Zahn
- 10
- Facette
- 11
- Facette
- 12
- Facette
- 13
- Seitenwand
- 14
- Stirnseite
- 15
- Stirnseite
- 16
- rückwärtige
Schräge
- 17
- Rückseite
- 18
- oberer
Bereich
- 19
- Streifen
- 20
- Streifen
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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