DE102007061646A1

DE102007061646A1 - Synchronisiereinrichtung

Info

Publication number: DE102007061646A1
Application number: DE102007061646A
Authority: DE
Inventors: Thomas Karais; Rolf Störmer
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2007-12-20
Filing date: 2007-12-20
Publication date: 2009-07-02

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Synchronisiereinrichtung (4) eines Zahnräderwechselgetriebes mit zumindest einem Kupplungskörper (30), der auf einer Welle (1) drehfest angeordnet ist, und einem axial versetzt zum Kupplungskörper (30) angeordneten Synchronring (14), der einen konusförmigen Ringkörper mit zwei Mantelflächen (28, 33) aufweist, wobei die erste Mantelfläche (28) mit einer Gegenreibfläche auf einem weiteren Synchronisationsbauteil die Synchronisationsreibpaarung bildet, wobei zwischen der zweiten Mantelfläche (33) und dem Kupplungskörper (30) ein Dämpfungselement (31) angeordnet ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Synchronisiereinrichtung eines Zahnräderwechselgetriebes mit zumindest einem Kupplungskörper, der auf einer Getriebewelle drehfest angeordnet ist, und mit einem Synchronring.
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 Synchronringschwirren. 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 verursachen. Das Synchronringschwirren wird zunehmend vom Fahrer als störend empfunden, da der Gesamtgeräuschpegel in modernen Fahrzeugen zurückgeht.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Synchronisiereinrichtung zu schaffen, bei der die vorstehend benannten Nachteile beseitigt sind und das Spiel zwischen Synchronring und Kupplungskörper vermindert wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe nach den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Demnach wird zwischen dem Kupplungskörper und dem Synchronring ein Dämpfungselement angeordnet. Das Dämpfungselement ist im einfachsten Fall als eine Reibschicht ausgebildet. Es kann alternativ dazu auch beispielsweise ein Einsatz sein, der form- und/oder kraftschlüssig mit den genannten Bauteilen verbunden ist.
Durch das Dämpfungselement wird ein direkter Kontakt zwischen dem Synchronring und dem Kupplungskörper, die in der Regel beide aus Stahl ausgebildet sind, vermieden. Vielmehr wird die Reibung an diesen Stellen erhöht, so dass die Synchronisiereinrichtung träger gegenüber den Drehungleichförmigkeiten wird, die Schwingungen reduziert werden und die Getriebegeräusche merklich abnehmen. Das Dämpfungselement kann auf dem Kupplungskörper oder auf dem Synchronring angeordnet sein.
Als Dämpfungsmaterial ist in einer Ausführungsform Kunststoff vorgesehen, da ein geeigneter Kunststoff sowohl die Anforderung hinsichtlich der Dämpfungseigenschaften als auch hinsichtlich der Wärmebeständigkeit und Fertigungsgenauigkeit erfüllt. Der Kunststoff kann beispielsweise verspritzt werden. Alternativ dazu wird ein Kunststoffelement auf den Synchronring oder den Kupplungskörper aufgesteckt oder geklebt. Darüber hinaus sind auch andere Materialien mit Dämpfungseigenschaften denkbar.
Gemäß Anspruch 2 sind die Dämpfungselemente als eine Reibschicht ausgebildet. Die Reibschicht ist unlösbar mit dem Synchronring oder dem Kupplungskörper verbunden. Im Gegensatz zu einem Reibbelag, der für die Durchführung der Synchronisation bestimmte Eigenschaften hinsichtlich Oberflächenbeschaffenheit, Abrasivität, Reibwertveränderung über die Lebensdauer aufweisen muss, sind die Anforderungen für die Reibschicht andere, da diese nicht zur Synchronisation dient, sondern lediglich die trotz meist formschlüssiger Verbindung bestehenden Relativbewegungen der verbundenen Bauteile vermindern soll. Es kommen daher auch sehr preiswerte Materialien für die Reibschicht in Frage, die zum Beispiel einen Reibwert von unter 0,1 aufweisen. In Einzelfällen kann es aus fertigungstechnischen Gründen dennoch sinnvoll sein, die Reibschicht aus dem gleichen Material wie den Reibbelag auszubilden.
Es ist nicht erforderlich, dass jeglicher metallische Kontakt zwischen dem Kupplungskörper und dem Synchronring vermieden werden muss. Es kann ausreichen, lediglich Teile des Synchronringes oder des Kupplungskörpers zu beschichten.
Besonders geeignet ist die Erfindung für Synchronringe, die aus Stahlblech in Kaltverformungstechnik hergestellt sind. Wenn derartige Stahlsynchronringe mit einem Stahlgegenkörper wie beispielsweise einem als Synchronkörper ausgebildeten Kupplungskörper zusammen wirken, kann ein Getrieberasseln besonders leicht entstehen. Prinzipiell eignet sich die Erfindung für alle Synchronringe, insbesondere für Außensynchronringe, die aufgrund ihrer Funktion als Außensynchronring nur einseitig eine Reibschicht aufweisen.
Die Dämpfungselemente sind in einer Ausbildungsform 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. Um eine möglichst große Oberfläche für die Reibschicht zu erhalten, ist es vorgesehen, den Synchronkörper an seinen axialen Seiten vollflächig mit dem der Reibbeschichtung zu versehen.
Gemäß der Variante nach Anspruch 4 ist der Synchronkörper als eine Nabe ausgebildet, die eine zunächst separat hergestellte Außenverzahnung aufweist, die axial über die Nabe vorsteht. Verzahnungsrückseitig ist die Reibbe schichtung angeordnet, die mit der äußeren Mantelfläche eines Innen- oder Außen-Synchronrings in Kontakt steht. Die Reibbeschichtung ist in Umfangsrichtung umlaufend ausgebildet.
Die Erfindung bezieht sich nicht nur auf die Synchronisiereinrichtung, sondern auch auf einen Außen- oder Innensynchronring, der einseitig eine Mantelfläche mit einem Reibbelag zum Zusammenwirken mit einem weiteren Synchronring oder einem anderen Reibkörper aufweist und auf der dem Reibbelag abgewandten Mantelfläche eine Reibbeschichtung aufweist. Ferner bezieht sie sich auf einen Synchronkörper mit einer Reibbeschichtung zur Verminderung der Relativbewegung zwischen diesem und einem formschlüssig verbundenen Synchronring.
Die Erfindung ermöglicht es, das Schwirren nicht nur bei dem zu schaltenden Gang zu reduzieren, sondern vermindert auch das Schwirren bei den ungeschalteten Zahnradpaarungen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die dazugehörigen Zeichnungen zeigen:
1 einen Längsschnitt einer Synchronisiervorrichtung,
2 eine Explosionsdarstellung eines erfindungsgemäßen Synchronkörpers und Synchronringes und
3 Explosionsdarstellung eines weiteren Synchronkörpers und eines Synchronrings.
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 einem konischen Ringkörper und einer am Außenumfang der radial größeren Konusseite angeordneten Sperrverzahnung 16. Die Sperrverzahnung 16 ist durch Lücken 34 durchbrochen, in die Axialvorsprünge 35 der Außenverzahnung 7 des Synchronkörpers 5 zur formschlüssigen Verbindung eingreifen können. Die Außenverzahnung 7 ist aus mehreren durch Ausnehmungen 29 beabstandeten Verzahnungssegmenten 27 ausgebildet und weist axial über die als Nabe 32 ausgebildeten Grundkörper des Synchronkörpers 5 hinaus, so dass rückseitig eine Kontaktfläche 25 ausgebildet ist, die radial zur Getriebeachse orientiert ist. Bei einem beidseitig konischen Synchronring 14 ist die Kontaktfläche nicht genau radial weisend, sondern leicht abweichend von der Radialrichtung orientiert. Die Kontaktfläche 25 ist mit einer Reibbeschichtung 26 als Dämpfungselement 31 zur Reibungserhöhung zwischen dem Synchronkörper 5 und dem formschlüssig verbundenen Synchronring 14 versehen. Mit den Kontaktflächen 25 wirkt die äußere Mantelfläche 33 des als Außensynchronrings ausgebildeten Synchronrings 14 zusammen. Die äußere Mantelfläche 33 ist nicht beschichtet, kann aber optional ebenfalls beschichtet ausgebildet sein. Die innere Mantelfläche 28 trägt einen nicht weiter dargestellten Reibbelag und bildet somit die Reibfläche für die Synchronisierung. Der Synchronring 14 und die Außenverzahnung 7 sind aus Blech ausgebildet. Die Verzahnungssegmente 27 sind separat hergestellt, wobei diese besonders leicht mit der Beschichtung 26 versehen werden können. Zwischen den Verzahnungssegmenten 27 befinden sich Ausnehmungen 28, in welche separat hergestellte Dämpfungselemente 31 einsetzbar sind.
3 zeigt einen Synchronring 14 und einen Synchronkörper 5 wie aus 2 mit der Ausnahme, dass der Synchronkörper 5 an seiner Kontaktfläche 25 keine Reibeschichtung 26 aufweist. Die Reibbeschichtung 26 ist stattdessen auf der äußeren Mantelfläche 33 des Außensynchronrings 14 ausgebildet. Sie umschließt in dieser Ausbildung den Synchronring 14 nicht vollumfänglich, wobei dies ebenso möglich ist.

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: Kontaktfläche
26: Reibbeschichtung
27: Verzahnungssegment
28: innere Mantelfläche
29: Ausnehmungen
30: Kupplungskörper
31: Dämpfungselement
32: Nabe
33: äußere Mantelfläche
34: Lücken
35: Axialvorsprung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19853856 A1 [0002]

Claims

Synchronisiereinrichtung (4) eines Zahnräderwechselgetriebes mit zumindest einem Kupplungskörper (30), insbesondere einem Synchronkörper (5), der auf einer Welle (1) drehfest angeordnet ist, und einem axial versetzt zum Kupplungskörper (30) angeordneten Synchronring (14), der einen Ringkörper mit zwei Mantelflächen (28, 33) aufweist, wobei die erste Mantelfläche (28) mit einer Gegenreibfläche auf einem weiteren Synchronisationsbauteil die Synchronisationsreibpaarung bildet, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der zweiten Mantelfläche (33) und dem Kupplungskörper (30) ein Dämpfungselement (31) angeordnet ist.
Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement als (31) eine Reibschicht (26) ausgebildet ist, die die Relativbewegung zwischen Kupplungskörper (30) und Synchronring (14) vermindert.
Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kupplungskörper (30) als Synchronkörper (5) ausgebildet ist, der eine Nabe (32) mit einer Außenverzahnung (7) aufweist, wobei die Außenverzahnung (7) axial über die Nabe (32) auskragt, so dass eine zur Getriebeachse gerichtete Kontaktfläche (25) zum Zusammenwirken mit der zweiten Mantelfläche (33) des Synchronrings (14) ausgebildet ist.
Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfläche (25) mit einer Reibbeschichtung (26) versehen ist.
Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Synchronring (14) auf seiner zweiten Mantelfläche (33) mit einer Reibbeschichtung (26) versehen ist.
Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibschicht (26) einen Reibwert von kleiner als 0,1 aufweist.
Synchronring (14) einer Synchronisiereinrichtung (4) nach Anspruch 1.
Synchronkörper (5) einer Synchronisiereinrichtung (4) nach Anspruch 1.
Synchronring nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Synchronring (14) als ein Außensynchronring ausgebildet ist.
Synchronring nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Synchronring (14) aus Stahlblech in Kaltverformungstechnik hergestellt ist.