DE102007061632B4

DE102007061632B4 - Synchronisiereinrichtung

Info

Publication number: DE102007061632B4
Application number: DE102007061632.7A
Authority: DE
Inventors: Thomas Karais; Rolf Störmer
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2007-12-20
Filing date: 2007-12-20
Publication date: 2019-11-07
Anticipated expiration: 2027-12-21
Also published as: DE102007061632A1

Abstract

Synchronisiereinrichtung (4) eines Zahnräderwechselgetriebes mit zumindest einem Kupplungskörper (30), der auf einer Welle (1) drehfest angeordnet ist und Ausnehmungen (29) aufweist, und einem Synchronring (14) mit Mitnehmern (25), wobei der Synchronring (14) axial versetzt zum Kupplungskörper (30) angeordnet ist und die Mitnehmer (25) in dessen Ausnehmungen (29) eingreifen, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Mitnehmern (25) und den Ausnehmungen (29) ein oder mehrere Dämpfungselemente (31) angeordnet sind.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Synchronisiereinrichtung eines Zahnräderwechselgetriebes mit zumindest einem Kupplungskörper, der auf einer Getriebewelle drehfest angeordnet ist, und einen Synchronring mit Mitnehmern.
Hintergrund der Erfindung
DE 198 53 856 A1 zeigt einen im Umformverfahren aus Blech gefertigten Synchronring mit einem im Wesentlichen konisch ausgebildeten Ringkörper. Am Rand des Synchronringes mit dem großen Konusdurchmesser ist eine radial nach außen weisende und sich umfangsseitig erstreckende Verzahnung ausgebildet. An dem Rand mit dem kleinen Konusdurchmesser stehen radial nach außen von der Rotationsachse des Synchronringes wegweisend Anschläge oder Mitnehmer hervor. Diese Mitnehmer sind beispielsweise für einen formschlüssigen Eingriff in einen Kupplungskörper wie einen Synchronkörper vorgesehen. Die Anschläge sind einteilig mit dem Synchronring ausgebildet und radial nach außen geformt.
Die Verbindung des Synchronringes mit dem Synchronkörper kann entweder direkt oder indirekt erfolgen. In der Regel erfolgt eine direkte Verbindung durch die Mitnehmer, welche am Synchronring angeordnet sind. Die Mitnehmer sind häufig in Form von Lappen ausgebildet. Theoretisch wird die Breite einer Synchronringanordnung nur durch die für die Reibleistung erforderliche Breite der Reibflächen bestimmt. Praktisch ist jedoch auch der Platzbedarf für die Elemente zur formschlüssigen Verbindung der Ringe mit ihrer Anschlusskonstruktion, wie die genannten Mitnehmer, zu berücksichtigen. Die axiale Ausdehnung einer Synchronisiereinrichtung wird im wesentlichen durch die Ausführung und Ausrichtung derartiger als Lappen ausgebildeter Mitnehmer beeinflusst.
Ist ein Lappen an der Konusseite mit dem geringeren Durchmesser angeordnet, so können formschlüssige Verbindungen mit dem Synchronkörper bei derartigen Synchronringen nur mit höherem Aufwand, z. B. lang ausgebildeten Lappen, realisiert werden. Je länger so ein Lappen ist, desto schwieriger ist es, ihn in seiner Lage und Position exakt auszurichten. Der Fertigungsaufwand und somit die Fertigungskosten werden, z. B. durch zusätzliches Kalibrieren, erhöht. Entfällt allerdings dieser Schritt, so läuft eine derartige Vorrichtung nicht völlig geräuschlos, sondern erzeugt ein so genanntes Schwirren. Wenn die Mitnehmer in den ihnen zugeordneten Ausnehmungen ein Spiel aufweisen, so können Drehungleichförmigkeiten der Brennkraftmaschine, die auf das Getriebe übertragen werden, hier zu Beschleunigungsspitzen führen und das Schwirren des Synchronrings verursachen. Das Schwirren wird zunehmend vom Fahrer als störend empfunden, da der Gesamtgeräuschpegel in modernen Fahrzeugen zurückgeht.
DE 199 03 115 A1 zeigt eine Schaltkupplung für ein zweiteiliges Losrad. Um den zweiteiligen Aufbau des Losrads vor Resonanzschwingungen zu schützen, sind drehelastische Mittel vorgesehen, die im geschalteten Zustand nicht im Eingriff sind. DE 10 2004 031 245 A1 beschreibt eine Synchronisiereinrichtung, deren Kupplungsverzahnung mit einer geräuschdämpfenden Beschichtung versehen ist.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, bei der die vorstehend benannten Nachteile beseitigt sind.
Zusammenfassung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe nach den Merkmalen der Ansprüche 1, 2 und 12 gelöst. Demnach wird zwischen den Mitnehmern und ihren korrespondierenden Ausnehmungen ein Dämpfungselement angeordnet. Das Dämpfungselement ist im einfachsten Fall als eine Reibschicht ausgebildet, es kann aber auch beispielsweise ein Einsatz sein, der form- und/oder kraftschlüssig mit den Mitnehmern verbunden ist. Durch das Dämpfungselement wird ein Stahl-Stahl-Kontakt vermieden. Ferner wird die Reibung an diesen Stellen so erhöht, dass die Synchronisiereinrichtung träger gegenüber den Drehungleichförmigkeiten wird, so dass das Schwirren merklich abnimmt. Das Dämpfungselement kann mit den Mitnehmern fest verbunden sein, zwischen Mitnehmer und Gegenkontakt am Kupplungskörper oder am Kupplungskörper angeordnet sein.
Als Dämpfungsmaterial ist in einer Ausführungsform Kunststoff vorgesehen, da ein geeigneter Kunststoff sowohl die Anforderung hinsichtlich der Dämpfungseigenschaften als auch hinsichtlich der Wärmbeständigkeit und Fertigungsgenauigkeit erfüllt. Der Kunststoff kann entweder verspritzt werden, oder es wird ein Kunststoffelement auf den Mitnehmer aufgesteckt. Alternativ dazu kann der Kunststoff auch verklebt werden. Darüber hinaus sind auch andere Materialien mit Dämpfungseigenschaften denkbar.
Gemäß Anspruch 2 sind die Dämpfungselemente auf dem Synchronring angeordnet. Die Mitnehmer greifen in einem dem Synchronring zugeordneten Kupplungskörper ein. In einer Ausbildungsform der Erfindung sind die Mitnehmer mit dem dämpfenden Material beschichtet. Es ist lediglich erforderlich, die axial bzw. die in Umfangsrichtung weisenden Ränder der Mitnehmer zu beschichten, da die Drehungleichförmigkeiten in Umfangsrichtung wirken. Alternativ dazu kann es verfahrenstechnisch einfacher sein, den gesamten Mitnehmer zu beschichten. Dieses bietet sich insbesondere bei verhältnismäßig preiswerten Materialien, wie Kunststoff, an, welche gespritzt werden können.
Für die Erfindung spielen die Form und die Orientierung der Mitnehmer keine Rolle. Häufig stehen die Mitnehmer radial nach außen von der Rotationsachse des Synchronrings weg weisend hervor oder weisen alternativ radial nach innen zur Rotationsachse hin. In Ausgestaltungen sind die Mitnehmer flach oder in ihren Querschnitt winkelförmig ausgebildet.
Besonders geeignet ist die Erfindung für Synchronringe, die aus Stahlblech in Kaltverformungstechnik hergestellt sind. Wenn derartige Stahlsynchronringe mit einem Stahlgegenkörper zusammenwirken, kann ein Getriebeschwirren besonders leicht entstehen. Prinzipiell eignet sich die Erfindung für alle Synchronringe mit Mitnehmern, insbesondere für Außensynchronringe.
Alternativ zu einer Beschichtung sind die Dämpfungselemente als separat hergestellte Einsätze ausgebildet. Die Einsätze werden vor dem Zusammenbau zur Synchronisiereinrichtung auf die Mitnehmer gesteckt, mit diesen verclipst oder auf eine andere Art und Weise verbunden, so dass sie mit dem Synchronring eine Einheit bilden. Sind die Dämpfungselemente mit den Mitnehmern verclipst, ist es für einen sicheren Halt vorteilhaft, an den Mitnehmern eine Aufnahme beispielsweise als Hinterschnitt auszubilden.
Alternativ dazu sind die Dämpfungselemente auf einem Kupplungskörper des Zahnräderwechselgetriebes angeordnet, wobei im folgenden von einem Synchronkörper ausgegangen wird. Dieser weist in der Regel eine Außenverzahnung zum Eingriff einer Schiebemuffe auf sowie eine Innenverzahnung, mit der er auf der Getriebewelle drehfest fixiert ist. Ist ein Synchronring bezüglich des Synchronkörpers fest angeordnet, so erfolgt dies mittels am Synchronkörper ausgebildeten Ausnehmungen. In diese Ausnehmungen greifen die Mitnehmer des Synchronrings ein. Gemäß der zweiten Variante der Erfindung weisen die Ausnehmungen im Synchronkörper eine Beschichtung auf, oder in die Ausnehmungen ist ein Dämpfungselement eingesetzt.
Bei vielen Synchronkörpern sind die Ausnehmungen in der Außenverzahnung angeordnet. Sie stellen gleichmäßig am Außenumfang verteilte Lücken dar, die die einzelnen Außenverzahnungssegmente voneinander abgrenzen. Die Lücken werden entweder durch endseitige Zahnflanken begrenzt. Besonders eignet sich diese Variante der Erfindung für am Synchronkörper angeordnete Kunststoffeinsätze. Diese können hier sicherer fixiert werden als am Synchronring. Ferner ist es nicht erforderlich, die Mitnehmer des Synchronrings durch beispielsweise Hinterschnitte zu schwächen. Auch eine Kombination beider Varianten möglich, indem sowohl die Flanken des der Ausnehmungen beschichtet sind, als auch die Mitnehmer des Synchronrings.
Die Erfindung ermöglicht es, das Schwirren nicht nur bei dem zu schaltenden Gang zu reduzieren, sondern vermindert auch das Schwirren bei den ungeschalteten Zahnradpaarungen.
Figurenliste
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die dazugehörigen Zeichnungen zeigen:

1 einen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Synchronisiervorrichtung,
2 eine perspektivische Schrägansicht eines Synchronringes mit beschichteten Mitnehmern und
3 einen Synchronkörper mit einer Außenverzahnung, die Ausnehmungen aufweist.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
In 1 ist mit 1 eine Welle eines Schaltgetriebes für Kraftfahrzeuge bezeichnet, auf welcher zwei Gangräder 2 und 3 frei drehbar gelagert sind. Zwischen den beiden Gangrädern 2 und 3 ist eine Synchronisiereinrichtung 4 angeordnet, über welche wahlweise eines der beiden Gangräder 2 oder 3 an die Welle 1 kuppelbar ist. Über diese Weise wird das Schaltgetriebe in unterschiedliche Übersetzungsstufen geschaltet.
Die Synchronisiereinrichtung 4 weist einen Synchronkörper 5 auf, der drehfest in eine Verzahnung 6 der Welle 1 eingreift. Weiterhin ist der Synchronkörper 5 an seinem äußeren Umfang mit einer Außenverzahnung 7 versehen, in welche Zähne 8 einer Innenverzahnung einer Schiebemuffe 9 eingreifen. Im Synchronkörper 5 ist weiterhin ein Druckstück 10 mit einer Druckfeder 11 geführt, das ein kugelförmiges, in Längsrichtung über das Druckstück 10 vorstehendes Rastelement 12 aufnimmt. Das kugelförmige Rastelement 12 ragt dabei aus dem Synchronkörper 5 bis etwa zum Kopfkreis der Außenverzahnung 7 vor. In einer Neutralstellung der Synchronisiereinrichtung 4, in der keine der beiden möglichen Gangstufen geschaltet ist und sich somit die beiden Gangräder 2 und 3 frei gegenüber der Welle 1 drehen, greift das Rastelement 12 in eine in der Innenverzahnung 8 der Schiebemuffe 9 ausgebildete Riegelnut 13 ein.
Beidseits des Druckstücks 10 sind Synchronringe 14 und 15 angeordnet, die außen eine Sperrverzahnung 16 bzw. 17 und innen zugeordnete Reibflächen 18 bzw. 19 aufweisen. Die Reibflächen 18 und 19 der Synchronringe 14, 15 wirken mit entsprechend ausgebildeten Reibflächen 20, 21 zusammen, welche am Gangrad 3 sowie an einem drehfest mit dem Gangrad 2 verbundenen Kupplungsring 22 ausgebildet sind.
Während eines Schaltvorganges wird bei einer entsprechenden Sperrsynchronisierung über das Druckstück 10 zunächst während des Ansynchronisierens eine axiale Kraft auf den jeweiligen Synchronring 14 oder 15 ausgeübt, so dass dieser über seine Reibfläche 18, 19 von der entsprechenden Reibfläche 20, 21 mitgenommen und gegenüber dem Synchronkörper um einen bestimmten Winkel verdreht wird. In dieser Lage sperrt die Sperrverzahnung 16 eine weitere Verschiebung der Schiebemuffe 9. Diese Sperrwirkung wird erst dann aufgehoben, wenn Gleichlauf zwischen dem jeweiligen Gangrad 2 bzw. 3 und der Welle 1 erzielt ist. In diesem Moment wird die Innenverzahnung 8 der Schiebemuffe 9 durch die Sperrverzahnung 16 bzw. 17 hindurch bewegt und gelangt schließlich in Eingriff in einer Kuppelverzahnung 23, 24.
2 zeigt einen erfindungsgemäßen Synchronring 14 mit drei am Außenumfang der radial größeren Konusseite axial abgewinkelten Mitnehmern 25. Die Mitnehmer 25 stellen eine drehfeste Verbindung zum als Synchronkörper 5 ausgebildeten Kupplungskörper 30 her. Sie sind mit einer Beschichtung 26 versehen, die das Dämpfungselement 31 bildet. Die axial orientierten Mitnehmer 25 weisen eine im wesentlichen rechteckig geformte Außenkontur auf und unterbrechen die Sperrverzahnung 16 des Synchronrings 14. Sie weisen teilweise mittig einen Schlitz 34 auf. Bei diesem Synchronring 14 sind lediglich die axial und in Umfangsrichtung weisenden Ränder 33 der Mitnehmer 25 beschichtet, nicht jedoch die radial orientierten Flächen.
Die 3 zeigt einen Synchronkörper 5, der an seinem Innenumfang eine Verzahnung 6 und an seinem Außenumfang eine Außenverzahnung 7 aufweist. Die Außenverzahnung 7 ist vorzugsweise aus Blech ausgebildet und weist einen größeren axialen Durchmesser auf, als der übrige Grundkörper 32 des Synchronkörpers 5. Die Außenverzahnungssegmente 27 sind separat hergestellt, wobei die Enden 28 besonders leicht mit der Beschichtung 26 versehen werden konnten. Zwischen den Verzahnungssegmenten 27 befinden sich Ausnehmungen 28, in welche separat hergestellte Dämpfungselemente 31 einsetzbar sind.
Bezugszeichenliste

1: Welle
2: Gangrad
3: Gangrad
4: Synchronisiereinrichtung
5: Synchronkörper
6: Verzahnung
7: Außenverzahnung
8: Zähne
9: Schiebemuffe
10: Druckstück
11: Druckfeder
12: Rastelement
13: Riegelnut
14: Synchronring
15: Synchronring
16: Sperrverzahnung
17: Sperrverzahnung
18: Reibfläche von 14
19: Reibfläche von 15
20: Reibfläche
21: Reibfläche
22: Kupplungsring
23: Kuppelverzahnung
24: Kuppelverzahnung
25: Mitnehmer
26: Beschichtung
27: Verzahnungssegmente
28: Segmentende
29: Ausnehmung
30: Kupplungskörper
31: Dämpfungselement
32: Grundkörper
33: Rand
34: Schlitz

Claims

Synchronisiereinrichtung (4) eines Zahnräderwechselgetriebes mit zumindest einem Kupplungskörper (30), der auf einer Welle (1) drehfest angeordnet ist und Ausnehmungen (29) aufweist, und einem Synchronring (14) mit Mitnehmern (25), wobei der Synchronring (14) axial versetzt zum Kupplungskörper (30) angeordnet ist und die Mitnehmer (25) in dessen Ausnehmungen (29) eingreifen, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Mitnehmern (25) und den Ausnehmungen (29) ein oder mehrere Dämpfungselemente (31) angeordnet sind.
Synchronring (14) für eine Synchronisiereinrichtung (4) mit einem ringförmig ausgebildeten Grundkörper (32), wobei der Grundkörper (32) zumindest auf einer Seite eine Reibfläche (18) aufweist, und mit einem oder mehreren Mitnehmern (25) zum Eingriff in einen Kupplungskörper (30), dadurch gekennzeichnet, dass die Mitnehmer (25) zumindest teilweise außenseitig ein Dämpfungselement (31) aufweisen.
Synchronring nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mitnehmer (25) axial gerichtet sind und dass lediglich die axial und/oder in Umfangsrichtung weisenden Ränder (33) der Mitnehmer (25) eine Beschichtung (26) aufweisen.
Synchronring nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der gesamte Mitnehmer (25) beschichtet ist.
Synchronring nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Synchronring (14) aus Stahlblech in Kaltverformungstechnik hergestellt ist, wobei der Mitnehmer (25) einteilig mit dem Synchronring (14) ausgebildet ist.
Synchronring nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Synchronring (14) ein Außensynchronring ist.
Synchronring nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (26) auf die Mitnehmer (25) verklebt, gesintert oder gespritzt ist.
Synchronring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Mitnehmern (25) separat gefertigte Dämpfungselemente (31) angeordnet sind.
Synchronring nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungselemente (31) mit den Mitnehmern (25) formschlüssig verbunden sind.
Synchronring nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungselemente (31) aus Kunststoff ausgebildet sind.
Synchronring nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Mitnehmer (25) und die Dämpfungselemente (31) verclipst sind.
Synchronkörper (5) für ein Zahnräderwechselgetriebe mit einer Außenverzahnung (7) zum Eingriff mit einer Schiebemuffe (9), einer Innenverzahnung (6) zum Eingriff in eine Welle (1) und Ausnehmungen (29) zur Aufnahme von Mitnehmern (25) eines Synchronrings (14), dadurch gekennzeichnet, dass die die Ausnehmungen (29) begrenzenden Segmentenden (28) zumindest teilweise beschichtet sind.
Synchronkörper nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (29) in der Außenverzahnung (7) angeordnet sind und die äußeren Zahnflanken (28), welche die Ausnehmung (29) einschließen, mit Dämpfungsmaterial versehen sind.
Synchronkörper nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass in der Ausnehmung (29) ein Kunststoffeinsatz angeordnet ist.