DE102008017876A1 - Synchronisiereinrichtung für ein Zahnräderwechselgetriebe - Google Patents
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Abstract
Description
- Gebiet der Erfindung
- Die Erfindung betrifft eine Synchronisiereinrichtung für ein Zahnräderwechselgetriebe, mit der mindestens ein Losrad relativ zu einer Welle wahlweise drehbar gehalten oder drehfest gelegt werden kann, wobei die Synchronisiereinrichtung zur Drehzahlangleichung zwischen Losrad und Welle eine auf der Welle axial verschiebliche Schiebemuffe zur Betätigung eines Synchronaußenrings umfasst.
- Hintergrund der Erfindung
- Eine Synchronisiereinrichtung dient zum Schalten von Gangrädern in einem Getriebe. Dabei wird bei einer weit verbreiteten Art der Einrichtung eine Anordnung von Synchronringen einem Gangrad zugeordnet. Die Anordnung hat mindestens zwei und häufig drei Synchronringe, nämlich einen Synchron-Innenring, einen Synchron-Außenring und einen dazwischen angeordneten Synchron-Zwischenring.
- Die Synchronringe sind längs der Drehachse der Getriebewelle bzw. längs der Drehachse der Synchronringe so ineinander geschoben, dass der Synchron-Außenring den Synchron-Innenring in Umfangsrichtung umfasst. Jeder Synchronring weist mindestens eine Ringfläche auf, mit der während der Synchronisation der Drehzahlen der Getriebewelle mit den Drehzahlen der zu schaltenden Gangräder ein reibschlüssiger Kontakt zu einer weiteren Ringfläche hergestellt wird. Jede der Reibflächen liegt an einem der Synchronringe einer Reibfläche eines anderen Synchronringes gegenüber.
- Eine Synchronisiereinrichtung der eingangs genannten Art ist beispielsweise in
DE 697 21 261 T2 , in derDE 698 20 169 T2 , in derDE 43 24 815 A1 und in derDE 43 24 814 A1 beschrieben. - Es hat sich bei den vorbekannten Lösungen als nachteilig gezeigt, dass im Falle des Auftretens von Verschleiß an den Synchronringen die axialen Schaltwege länger werden. Ein Ausgleich beim Verschleiß der Reibflächen ist demnach nicht möglich. Dies gilt namentlich dann, wenn ein einfacher Aufbau der Synchronisiereinrichtung angestrebt wird bzw. erhalten bleiben soll.
- Aufgabe der Erfindung
- Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Synchronisiereinrichtung der eingangs genannten Art so fortzubilden, dass im Falle von Verschleiß an den Reibflächen der Synchronringe der axiale Betätigungsweg der Schiebemuffe nicht vergrößert wird. Dennoch soll die Synchronisiereinrichtung einen einfachen Aufbau haben, so dass eine kostengünstige Realisierung möglich ist.
- Zusammenfassung der Erfindung
- Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronisiereinrichtung weiterhin aufweist: eine an oder auf dem Losrad angeordnete Spreizringanordnung, die einen mit dem Losrad drehfest verbundenen Grundkörper und ein den Grundkörper konzentrisch umgebendes radial aufweitbares Synchronringelement umfasst, wobei zwischen dem Grundkörper und dem Synchronringelement eine Anzahl Wälzelemente angeordnet ist, die an dem Grundkörper in konkaven, bogenförmigen Laufbahnen anlaufen, die am äußeren Umfang des Grundkörpers eingearbeitet sind, wobei die Wälzelemente in einem Käfig angeordnet sind, wobei der Synchronaußenring einen Ringabschnitt aufweist, der zusammen mit einer Stirnseite des Käfigs eine Reibkombination bildet, und wobei das Synchronringelement an einer radial außenliegenden Fläche und der Synchronaußenring mit einer radial innenliegenden Fläche eine Reibkombination bildet.
- Vorzugsweise sind dabei die Wälzelemente Zylinderrollen oder Nadeln. Bevorzugt ist eine Anzahl Wälzelemente äquidistant um den Grundkörper herum angeordnet.
- Die Laufbahnen haben vorzugsweise – in Achsrichtung gesehen – den Verlauf eines Teils einer Ellipse.
- Der Ringabschnitt des Synchronaußen rings erstreckt sich vorzugsweise radial.
- Die Stirnseite des Käfigs kann eine gegenüber der Grundkontur des Käfigs vergrößerte radiale Erstreckung aufweisen, um eine günstiger Reibfläche zu schaffen.
- Die radial außenliegende Fläche des Synchronringelements und die radial innenliegende Fläche des Synchronaußenrings sind mit Vorteil zylindrisch ausgebildet.
- Das radial aufweitbare Synchronringelement kann als Ring ausgebildet sein, der an einer Umfangsstelle einen Schlitz aufweist; der Schlitz verläuft dabei bevorzugt axial. Eine hierzu alternative Lösung sieht vor, dass das radial aufweitbare Synchronringelement mehrere Ringsegmente aufweist.
- Das Synchronringelement besteht bevorzugt aus Federstahl, so dass es einen hohen Grad an Elastizität hat.
- Das Losrad und die Schiebemuffe können mit einer korrespondierenden Verzahnung versehen sein, über die das Losrad und die Schiebemuffe formschlüssig miteinander verbindbar sind.
- Die Schiebemuffe selber ist – wie an sich bekannt – vorzugsweise mittels einer Verzahnung drehfest, jedoch axial verschieblich mit der Welle verbunden.
- Mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung einer Synchronisiereinrichtung wird es möglich, einen unveränderten axialen Betätigungsweg der Schiebemuffe bei der Durchführung des Synchronisationsvorgangs beizubehalten, auch wenn Verschleiß an den Reibflächen der Synchronringe auftritt.
- Die Funktionsweise der vorgeschlagenen Einrichtung ist sehr einfach, so dass ein stabiler Betrieb der Synchronisiereinrichtung sichergestellt ist.
- Vorteilhaft ist weiterhin, dass der Synchroninnenring im Betrieb der Einrichtung zentriert wird, so dass ein hoher Grad an Rundlauf sichergestellt ist. Auch ist ein Verklemmen des Synchronrings auf dem Reibkonus ausgeschlossen, so dass auch insofern eine einwandfreie Funktion der Einrichtung gegeben ist.
- Die Erfindung kann bei manuellen und bei automatischen Schaltgetrieben zum Einsatz kommen.
- Kurze Beschreibung der Figuren
- In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
-
1 einen Radialschnitt durch ein auf einer Welle angeordnetes Losrad und eine Schiebehülse sowie eine Synchronisiereinrichtung und -
2 eine Spreizringanordnung, die Bestandteil der Synchronisiereinrichtung ist, in Achsrichtung betrachtet. - Ausführliche Beschreibung der Figuren
- In
1 ist eine Synchronisiereinrichtung1 zu sehen. Auf einer Welle3 (Getriebewelle) ist ein Losrad2 angeordnet, das relativ zur Welle3 drehbar angeordnet ist. Hierfür ist beispielsweise ein nicht dargestelltes Nadellager vorgesehen, das zwischen dem Außenumfang der Welle3 und der Bohrung des Losrads2 wirksam angeordnet ist. - Zur Schaltung des Losrads
2 mit der Welle3 , d. h. zur Herstellung eines drehfesten Verbunds zwischen dem Losrad2 und der Welle3 , wird eine nicht dargestellte Schiebemuffe betätigt, die einen Synchronaußenring4 axial verschiebt. Die Schiebemuffe sitzt drehfest, jedoch axial verschieblich auf der Welle3 , wozu die Welle3 eine (nicht dargestellte) Außenprofilierung aufweist und die Schiebemuffe an ihrem Sitz auf der Welle eine kongruente Profilierung aufweist. In1 ist diese Verzahnung mit der Bezugsziffer20 nur angedeutet. - Zur axialen Bewegung des Synchronaußenrings
4 greift eine nicht dargestellte Schaltgabel in eine Ringnut am Außenumfang der ebenfalls nicht dargestellten Schiebemuffe in an sich bekannter Weise ein und verschiebt diese axial in Richtung Losrad2 . Dabei wird der Synchronaußenring4 zunächst durch Druckstücke und anschließend durch die Dachverzahnung der Schiebemuffe in Richtung Losrad2 verschoben. - Vor der Herstellung der drehfesten Verbindung zwischen Welle
3 und Losrad2 müssen die beiden Bauteile in Gleichlauf gebracht werden, d. h. ein Synchronisiervorgang muss stattfinden. Hierfür ist folgende Ausgestaltung der Einrichtung1 vorgesehen:
Kernbestandteil der Synchronisiereinrichtung1 ist eine Spreizringanordnung5 , die – in Achsrichtung betrachtet – in2 dargestellt ist. Diese hat einen Grundkörper6 , der drehfest mit einem sich in Achsrichtung erstreckenden Fortsatz21 des Losrads2 verbunden ist; d. h. der Grundkörper6 und das Losrad2 sind drehfest miteinander verbunden. Der Grundkörper6 hat an seiner äußeren Umfangsfläche eine Anzahl Laufbahnen9 , die konkav und bogenförmig ausgebildet sind. Dabei sind die Laufbahnen bevorzugt elliptisch ausgebildet, d. h. sie haben die Form eines Abschnitts einer Ellipse. - Der Grundkörper
6 wird von einem radial aufweitbaren Synchronringelement7 konzentrisch umgeben. Das Synchronringelement7 weist einen sich in Achsrichtung erstreckenden Schlitz17 auf. Das bedeutet, dass das Synchronringelement7 leicht radial aufgeweitet werden kann. - Zwischen dem Grundkörper
6 und dem Synchronringelement7 sind Wälzelemente8 in Form von Zylinderrollen angeordnet. Diese laufen im radial innenliegenden Bereich auf den konkaven Laufbahnen9 des Grundkörpers6 und im radial außenliegenden Bereich an der innenzylindrischen Oberfläche des Synchronringselements7 an. - Die Wälzelemente
8 sind dabei von einem Käfig10 gehalten, wie er an sich aus dem Wälzlagerbau hinlänglich bekannt ist. Der Käfig10 hat in einem seiner axialen Endbereiche (s. rechte Seite in1 ) einen verbreiterten ringförmigen Bereich, der eine Stirnseite12 bildet. - Der Synchronaußenring
4 hat einen Radialschnitt, wie er sich aus1 ergibt. Demnach weist ein zylindrischer Grundkörper des Synchronaußenrings4 einen sich radial nach innen erstreckenden Ringabschnitt11 auf. Die Innenseite dieses Ringabschnitts11 und die Stirnseite12 des Käfigs10 bilden dabei eine Reibkombination13 . Wird der Synchronaußenring4 demnach axial (in1 nach links) verschoben, kommt es zu Reibkontakt zwischen dem Ringabschnitt11 und dem Käfig10 . - Ferner weist der Synchronaußenring
4 in Bereich ihres zylindrischen Grundkörpers eine radial innenliegende zylindrische Fläche15 auf, die zum Zusammenwirken mit der radial außenliegenden Fläche14 des Synchronringelements7 ausgebildet ist. Demnach bilden der Synchronaußenring4 und das Synchronringelement7 eine Reibkombination16 . - Der Synchronisiervorgang wird wie folgt durchgeführt:
Zum Synchronisieren der Drehbewegungen zwischen der Welle3 und dem Losrad2 und zur Herstellung einer drehfesten Verbindung zwischen diesen beiden Bauteilen2 ,3 wird die nicht dargestellte Schiebemuffe mittels einer Schaltgabel axial verschoben. Hierbei drückt die Schiebemuffe den Synchronaußenring4 und damit den Ringabschnitt11 des Synchronaußenrings4 auf die Stirnseite12 des Käfigs10 . Da im noch nicht synchronisierten Zustand das Losrad2 samt Spreizringanordnung5 einerseits und die Welle3 samt Schiebemuffe und Synchronaußenring4 andererseits mit unterschiedlichen Drehzahlen drehen, kommt es so zur Übertragung eines Reibmoments von dem Synchronaußenring4 auf den Käfig10 . - Dies bewirkt, dass die Wälzelemente
8 vom Käfig10 relativ zum Grundkörper6 in Umfangsrichtung bewegt werden, wodurch die Wälzkörper8 auf den Laufbahnen9 des Grundkörpers6 radial nach außen laufen. Aufgrund dessen wiederum drücken die Wälzelemente8 das Synchronringelement7 radial nach außen, so dass dieses aufgeweitet, d. h. gespreizt wird, was durch den Schlitz17 problemlos möglich ist. - Aufgrund der Aufweitung des Synchronringelements
7 kommt die radial außenliegende Fläche14 des Synchronringelements7 in Reibkontakt mit der radial innenliegenden Fläche15 des Synchronaußenrings4 , so dass die Reibkombination16 aktiv wird und die Drehgeschwindigkeiten des Losrads einerseits und der Welle3 samt Schiebemuffe andererseits angleicht. Die Synchronisation erfolgt. - Liegt die gleiche Drehgeschwindigkeit zwischen den genannten Bauteilen vor, kann – in an sich bekannter Weise – mittels Verzahnungen
18 und19 am Losrad2 bzw. am Synchronaußenring4 und an der Schiebemuffe eine formschlüssige Kupplung der Teile erfolgen. - Zum Gangwechsel wird also – zusammengefasst gesagt – die Schiebemuffe auf der Welle
3 axial in Richtung auf das Losrad2 verschoben. Die Spreizringanordnung5 ist ähnlich eines Freilaufs aufgebaut und bewirkt, dass das Synchronringelement7 (Synchroninnenring) radial aufgeweitet wird und mit seiner Reibfläche gegen diejenige des Synchronaußenrings4 drückt. Das Aufweiten des Synchronringelements7 erfolgt durch den Reibkontakt des Synchronaußenrings4 mit dem Käfig10 , der die Wälzkörper auf den elliptischen Laufbahnen9 radial nach außen laufen lässt, da durch den Reibkontakt zwischen Synchronaußenring4 und Käfig10 der Käfig10 tendenziell – wie der Synchronaußenring4 – mit Wellendrehzahl und der Grundkörper6 mit Losraddrehzahl dreht. Solange eine Drehzahldifferenz zwischen dem Losrad2 und der Welle3 besteht, werden die Wälzkörper8 nach außen gedrückt. Sobald jedoch Drehzahlgleichheit hergestellt ist, kann der Käfig in die Ausgangsposition zurückdrehen, d. h. die Wälzkörper8 nehmen wieder den radial tiefsten Punkt der Laufbahnen9 ein. - Das radiale Aufweiten des Synchronringelements
7 wird durch die Schlitzung (Schlitz17 ) ermöglicht, wenngleich auch alternativ eine Ausbildung mit mehreren Ringsegmenten möglich ist. Dabei ist vorteilhaft, wenn die geforderten Maße wie Durchmesser, Rundheit usw. im geweiteten Zustand des Synchronringelements7 erreicht werden. Durch das Vorsehen mehrerer Wälzelemente8 wird eine Zentrierung des Systems erreicht. Durch die Anordnung einer hinreichenden Anzahl Wälzelemente8 (im Ausführungsbeispiel sind acht Wälzelemente vorgesehen), wird also eine gute Zentrierung des Systems erreicht. - Wenn dazu das Synchronringelement
7 z. B. aus Federstahl hergestellt wird, kann die sonst übliche konische Ausführung entfallen, da ein Verklemmen des Synchronaußenrings4 mit dem Synchroninnenring (Synchronringelement7 ) verhindert wird. - Wie zu sehen ist, wird dabei in vorteilhafter Weise erreicht, dass der Verschleiß an den Reibflächen zwischen Synchronringelement
7 und Synchronaußenring4 , d. h. der Verschleiß an den Reibflächen, nicht dazu führt, dass ein längerer axialer Verschiebeweg der Schiebemuffe nötig wird, wie es bei konischen Synchronringen der Fall wäre. Der Verschleiß kann vielmehr durch ein stärkeres Aufweiten des Synchronringelements7 kompensiert werden. -
- 1
- Synchronisiereinrichtung
- 2
- Losrad
- 3
- Welle
- 4
- Synchronaußenring
- 5
- Spreizringanordnung
- 6
- Grundkörper
- 7
- radial aufweitbares Synchronringelement
- 8
- Wälzelement
- 9
- konkave, bogenförmige Laufbahn
- 10
- Käfig
- 11
- Ringabschnitt
- 12
- Stirnseite
- 13
- Reibkombination
- 14
- radial außenliegende Fläche
- 15
- radial innenliegende Fläche
- 16
- Reibkombination
- 17
- Schlitz
- 18
- Verzahnung
- 19
- Verzahnung
- 20
- Verzahnung
- 21
- Fortsatz
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 69721261 T2 [0004]
- - DE 69820169 T2 [0004]
- - DE 4324815 A1 [0004]
- - DE 4324814 A1 [0004]
Claims (13)
- Synchronisiereinrichtung (
1 ) für ein Zahnräderwechselgetriebe, mit der mindestens ein Losrad (2 ) relativ zu einer Welle (3 ) wahlweise drehbar gehalten oder drehfest gelegt werden kann, wobei die Synchronisiereinrichtung (1 ) zur Drehzahlangleichung zwischen Losrad (2 ) und Welle (3 ) eine auf der Welle (3 ) axial verschiebliche Schiebemuffe zur Betätigung eines Synchronaußen rings (4 ) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronisiereinrichtung (1 ) weiterhin aufweist: eine an oder auf dem Losrad (2 ) angeordnete Spreizringanordnung (5 ), die einen mit dem Losrad (2 ) drehfest verbundenen Grundkörper (6 ) und ein den Grundkörper (6 ) konzentrisch umgebendes radial aufweitbares Synchronringelement (7 ) umfasst, wobei zwischen dem Grundkörper (6 ) und dem Synchronringelement (7 ) eine Anzahl Wälzelemente (8 ) angeordnet ist, die an dem Grundkörper (6 ) in konkaven, bogenförmigen Laufbahnen (9 ) anlaufen, die am äußeren Umfang des Grundkörpers (6 ) eingearbeitet sind, wobei die Wälzelemente (8 ) in einem Käfig (10 ) angeordnet sind, wobei der Synchronaußenring (4 ) einen Ringabschnitt (11 ) aufweist, der zusammen mit einer Stirnseite (12 ) des Käfigs (10 ) eine Reibkombination (13 ) bildet, und wobei das Synchronringelement (7 ) an einer radial außenliegenden Fläche (14 ) und der Synchronaußenring (4 ) mit einer radial innenliegenden Fläche (15 ) eine Reibkombination (16 ) bildet. - Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzelemente (
8 ) Zylinderrollen oder Nadeln sind. - Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl Wälzelemente (
8 ) äquidistant um den Grundkörper (6 ) herum angeordnet ist. - Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufbahnen (
9 ) in Achsrichtung gesehen den Verlauf eines Teils einer Ellipse haben. - Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Ringabschnitt (
11 ) des Synchronaußenrings (4 ) radial erstreckt. - Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnseite (
12 ) des Käfigs (10 ) eine gegenüber der Grundkontur des Käfigs (10 ) vergrößerte radiale Erstreckung aufweist. - Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die radial außenliegende Fläche (
14 ) des Synchronringelements (7 ) und die radial innenliegende Fläche (15 ) des Synchronaußenrings (4 ) zylindrisch ausgebildet sind. - Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das radial aufweitbare Synchronringelement (
7 ) als Ring ausgebildet ist, der an einer Umfangsstelle einen Schlitz (17 ) aufweist. - Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitz (
17 ) axial verläuft. - Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das radial aufweitbare Synchronringelement (
7 ) mehrere Ringsegmente aufweist. - Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Synchronringelement (
7 ) aus Federstahl besteht. - Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Losrad (
2 ) und die Schiebemuffe mit einer korrespondierenden Verzahnung (18 ) versehen sind, über die das Losrad (2 ) und die Schiebemuffe (4 ) formschlüssig miteinander verbindbar sind. - Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schiebemuffe mittels einer Verzahnung (
20 ) drehfest, jedoch axial verschieblich mit der Welle (3 ) verbunden ist.
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