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Die Erfindung betrifft eine Synchronisiereinrichtung für ein Schaltgetriebe eines Kraftfahrzeuges gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1.
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Bei den heute bekannten Synchronisiereinrichtungen für Schaltgetriebe von Kraftfahrzeugen wird die Drehzahlangleichung zwischen einem Gang- bzw. Loszahnrad und einer auf einer Getriebewelle drehfest angeordneten Schalt- bzw. Schiebemuffe durch Synchronringe erreicht, deren Sperrzähne das Aufschieben der Schiebemuffe auf die Schaltverzahnung des Loszahnrades erst bei einem Gleichlauf der Schiebemuffe und des Loszahnrades zulassen. Solange sich die Schiebemuffe und das Loszahnrad mit unterschiedlicher Drehzahl drehen, entsteht ein Reibmoment, das den Synchronring soweit verdreht, dass die Sperrzähne vor den Schaltklauen der Schiebemuffe liegen. Auf diese Weise wird eine Bewegung der Schiebemuffe in Richtung des Loszahnrades verhindert.
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In bekannten Getrieben von Pkws werden im ersten, zweiten und dritten Gang vorzugsweise Synchronisiereinrichtungen mit Doppel- bzw. Mehrfachsynchronisierung verwendet, da hier größere Reibkräfte bei einem Beschleunigen beziehungsweise bei einem Abbremsen der Zahnräder erforderlich sind. Die Mehrfach-Synchronisierungseinheit besteht dabei aus einem Synchronringpaket mit einem inneren und einem äußeren Synchronring sowie einem dazwischen angeordneten Reibring oder Reibringpaket. Um Lebensdauer und Standzeit der Synchronisiereinrichtung zu verbessern, muss diese mit Schmieröl versorgt werden. Das der Synchronisiereinrichtung zugeführte Schmieröl dient neben der Schmierung auch zur Verschleißminderung der in mechanischem Kontakt stehenden Bauteile wie der Synchronringe und der Reibringe. Weiterhin dient das Schmieröl zur Abfuhr der in dem Synchronringpaket durch Reibung entstehenden Wärme.
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Eine solche Synchronisiereinrichtung ist beispielsweise aus der
EP 0 460 513 A1 bekannt. Dieses Dokument beschreibt für mechanisch hoch belastete Traktorgetriebe die Druckzuführung von Schmieröl in die Bereiche der Synchronisiereinrichtung. Die Zuführung des Schmieröls erfolgt mittels einer Bohrung, welche unmittelbar in eine Schmieröltasche mündet.
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Aus dieser Schmieröltasche wird das Schmieröl direkt einem Reibkonus zugeleitet. Durch diese Lösung wird während des Synchronisiervorganges, d. h. bis zur Übereinstimmung der Umfangsgeschwindigkeiten von Gleichlauf- und Kupplungsring, das Schmieröl dem Reibkonus im Mündungsbereich der Bohrung über die gesamte Breite zugeführt. So baut sich ein zusammenhängender Schmierfilm auf, der den Verschleiß des Reibkonus reduziert und gleichzeitig eine verbesserte Kühlung der Synchronisiereinrichtung zur Folge hat.
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Aus der
DE198 58 987 A1 ist ein Synchronring mit einer strukturierten Reibfläche bekannt, bei dem Ölnuten in einer spanlosen Umformung in die Reibfläche eingearbeitet werden. Die Ölnuten können in Abhängigkeit von der verwendeten Technologie zur Herstellung der Synchronringe, zum Beispiel durch Prägen in die Platine vor dem Durchstellen des konusförmigen Ringes oder durch Rollieren in einen ringförmigen Hohlkörper, eingebracht werden.
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In der
US 5 560 461 A wird eine Synchronisiereinrichtung beschrieben, bei der ein innerer, ein mittlerer und ein äußerer Synchronring aneinander bzw. aufeinander angeordnet sind. Der mittlere Synchronring weist Finger auf, die in Nuten eines Loszahnrades eingreifen können.
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Schließlich zeigt die
DE 14 50 825 A eine Synchronisiereinrichtung mit einem inneren, einem mittleren und einem äußeren Synchronring, wobei der innere Synchronring auf einer konusartigen bzw. schräg verlaufenden Fläche eines Absatzes eines Loszahnrades angeordnet ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die bekannten Synchronisiereinrichtungen in einer Art weiterzubilden, die es ermöglicht, Teilkomponenten für eine Großserienfertigung in Bezug auf Fertigungszeit, Material- und Ressourceneinsatz optimaler zu gestalten.
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Diese Aufgabe wird durch eine Synchronisiereinrichtung mit den Merkmalen der Anspruches 1 gelöst.
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Bei einer Synchronisiereinrichtung für ein Schaltgetriebe eines Kraftfahrzeuges der Eingangs beschriebenen Art ist vorgesehen, dass das Loszahnrad zur Zentrierung des Synchronringpaketes einen Bund aufweist. Hierbei ist der Bund direkt an das Loszahnrad angeformt. Durch die Integration des Bundes in die Geometrie des Zahnrades ist es möglich, die Erstellung des Bundes ohne einen produktionstechnischen Mehraufwand direkt in die spanende Bearbeitung des Zahnrades zu integrieren, was zu einer kostengünstigen Herstellung führt.
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Durch das mechanische Zusammenspiel des Loszahnrades mit dem Synchronring bzw. dem Synchronringpaket kommt es an der Kontaktstelle zu einer mechanischen Beanspruchung des Bundes und damit an dieser Kontaktstelle auch zu einem mechanischen Verschleiß. Um diesem Verschleißprozess entgegenzuwirken, ist es erforderlich, diese Kontaktstelle mit einem geeigneten Schmieröl zu benetzen.
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Hierzu können Nuten in den Synchronringen selber vorgesehen sein. Diese Ausführung ist aber unter dem Blickwinkel der Kosten nicht optimal, da es aufwändig ist, die beispielsweise aus Blech ausgebildeten Synchronringe mit entsprechend geeigneten Nuten zu versehen, da hierzu erhebliche Werkzeugaufwendungen notwendig sind. Der Bund des Loszahnrades ist derart zu gestalten, dass er zumindest eine Nut aufweist. Durch das Einbringen der Nut in den Bund ergibt sich die Möglichkeit, das Schmiermittel ohne weiteren Aufwand an die mechanisch beanspruchte Kontaktstelle zu leiten. Da sich das Einbringen der Nut in den Bund sehr gut in den Herstellungs- und Bearbeitungsprozess des Zahnrades integrieren lässt, ist hier eine sehr kosten- und fertigungsoptimierte Lösung dargestellt.
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Sollte sich Aufgrund der im Betrieb auftretenden Belastungen die Notwendigkeit ergeben, dass größere Mengen Schmiermittel an der Kontaktstelle zwischen dem Zentrierbund und dem Synchronring benötigt werden, ist es weiterhin denkbar, den Bund mit mehreren Nuten zu versehen. Diese Nuten können gleichmäßig auf dem Umfang des Bundes verteilt sein, um eine gleichmäßige Verteilung des Schmierstoffes in dem gesamten Kontaktbereich zwischen dem innerem Synchronring und dem Bund zu gewährleisten. Sollte es aufgrund technischer Anforderungen jedoch vorteilhaft sein, so ist auch eine ungleichmäßige Verteilung der Nuten auf dem Umfang denkbar.
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Für die Ausgestaltung der Nuten sind verschiedenste Geometrieformen denkbar. Die Nut ist bzw. die Nuten sind zumindest teilweise bogenförmig ausgebildet. Eine derartige Gestaltung der Nuten ermöglicht eine kostengünstige Integration in den Fertigungsprozess, da sich diese Form ohne Mehraufwendungen durch zum Beispiel einen einfachen Fräsprozess herstellen lässt. Auch eine Ausführung mit einer eckigen Gestaltung ist prinzipiell möglich und kann sich aus den konstruktiven Anforderungen der jeweiligen Baugruppe ergeben.
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Bei der Ausgestaltung der gesamten Synchronisiereinrichtung sind verschiedene Ausführungsformen denkbar. Sollten die Anforderungen bezüglich der mechanischen Belastung oder des erforderlichen Schaltkomforts ein bestimmtes Niveau nicht übersteigen, so kann es ausreichend sein, dass das Synchronringpaket einen inneren Synchronring beziehungsweise einen Reibkonus direkt an dem Loszahnrad und einen äußeren Synchronring aufweist. Diese Ausführungsform findet sowohl bei weniger hoch belasteten Getrieben als auch bei einzelnen Gangstufen in hoch beanspruchten Getrieben Verwendung, deren Belastung in Teilbereichen als gering eingestuft wird. Mit steigenden Anforderungen hinsichtlich sowohl der mechanischen Belastbarkeit als auch des Schaltkomforts finden Doppel- oder Mehrfachsynchronisiereinrichtungen Anwendung, bei denen das Synchronringpaket einen inneren Synchronring, einen äußeren Synchronring und zumindest einen dazwischen angeordneten Reibring aufweist. Durch die Anordnung zumindest eines Reibringes zwischen den Synchronringen kann die übertragbare mechanische Leistung gegenüber der einfacheren Ausführung ohne zusätzlichen Reibring deutlich gesteigert werden, was auch zu einer gesteigerten Lebensdauer der gesamten Synchronisiereinrichtung führt. Weiterhin bewirkt der Reibring, dass sich der Schaltkomfort dieser Mehrfachsynchronisierung gegenüber einer Einfachsynchronisierung verbessert.
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Ein wesentlicher Bestandteil der beschriebenen Synchronisiereinrichtung ist ein Loszahnrad. Für eine Anwendung in der erfindungsgemäßen Synchronisiereinrichtung ist das Loszahnrad geometrisch so gestaltet, dass zur Zentrierung des Synchronringpaketes ein Bund vorgesehen ist. Dieser Bund ist direkt an das Zahnrad angeformt und kann im Zuge einer mechanischen Bearbeitung des Zahnrades hergestellt werden.
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Für eine Sicherstellung der Funktion der Synchronisiereinrichtung ist es erforderlich, die Kontaktstellen der einzelnen Komponenten mit Schmieröl zu versorgen. Um diese Versorgung in der beschriebene Synchronisiereinrichtung zu gewährleisten, wird der Bund des Loszahnrades derart gestaltet, dass er mindestens eine Nut zur Zuführung des Schmiermittels an die Kontaktstelle des Bundes zum Synchronring aufweist.
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Sollte es sich für unterschiedliche Anwendungsfälle zeigen, dass eine zuverlässige Schmierölzuführung durch eine Nut nicht gewährleistet werden kann, so kann der Bund mehrere Nuten zu Schmierölzuführung aufweisen. Diese Nuten können gleichmäßig auf dem Umfang des Bundes verteilt sein, um eine gleichmäßige Schmierölversorgung zu gewährleisten. Sollte es aufgrund technischer Anforderungen jedoch vorteilhaft sein, so ist auch eine ungleichmäßige Verteilung der Nuten auf dem Umfang denkbar.
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Die Nuten sind zumindest teilweise bogenförmig gestaltet, da diese Form sich einfach in den Herstellungsprozess integrieren lässt. Diese Bogenform ist beispielsweise mittels Fräsen einfach herzustellen. Sollte es durch die Randbedingungen wie geometrische Anforderungen oder hohe punktuelle Belastung erforderlich sein, sind alternativ auch andere geometrische Gestaltungen der Nuten, beispielsweise rechteckige Ausführungen möglich.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer detaillierten Beschreibung einer Ausführungsform unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert, in denen:
- 1: eine Ansicht eines Loszahnrades zeigt;
- 2: einen Teilschnitt einer erfindungsgemäßen Synchronisiereinrichtung zeigt; und
- 3: eine vergrößerte Darstellung einer Nut aus 1 zeigt.
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Die 1 zeigt eine Ansicht eines Loszahnrades 1. Das Loszahnrad 1 weist mittig eine Bohrung 2 zur Aufnahme einer nicht dargestellten Getriebewelle auf. Um die Bohrung 2 herum schließt sich ein Bund 3 an. Dieser Bund 3 weist in der Darstellung der 1 mehrere Nuten 5 auf, die gleichmäßig über dem Umfang des Bundes 3 verteilt sind. Weiterhin ist an dem Bund 3 eine Kante einer Zentrierfläche 7 dargestellt, die zur Zentrierung eines in 2 dargestellten inneren Synchronringes 9 dient. An den Bund 3 schließt sich radial weiter außen liegend eine Schaltverzahnung 4 an. Diese Schaltverzahnung 4 dient dazu, das Loszahnrad 1 mit der in 2 dargestellten Schiebemuffe 13 drehfest zu verbinden. An dem Außendurchmesser des Loszahnrades 1 ist ferner eine Laufverzahnung 6 zu sehen. Diese Laufverzahnung 6 kann im eingebauten Zustand des Loszahnrades 1 mit der Laufverzahnung eines weiteren Zahnrades (nicht dargestellt) kämmen. Weiterhin sind die für die Darstellung des Loszahnrades 1 in 2 verwendeten Schnittebenen I-I und II-II dargestellt.
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Die 2 zeigt einen Teilschnitt einer Synchronisiereinrichtung 11. Zur Verdeutlichung des technischen Sachverhaltes erfolgt die Darstellung des Loszahnrades 1 entlang des in 1 vorgegebenen Schnittverlaufes I-I und die des Losrades 1' entlang des in 1 vorgegebenen Schnittverlaufes II-II. Die Synchronisiereinrichtung 11 weist eine Schiebemuffe 13 sowie beidseitig angeordnete Loszahnrädern 1 und 1' auf. Im radial äußeren Durchmesserbereich der Schiebemuffe 13 ist eine Aussparung 12 zu sehen, in die eine Schaltgabel (nicht dargestellt) eingreift, um die Schiebemuffe 13 in axialer Richtung zu verschieben. Diese axiale Verschiebung der Schiebemuffe 13 dient zur Verbindung der Schaltverzahnung 4' der Schiebemuffe mit der Schaltverzahnung 4 des Loszahnrades 1 bzw. 1'. Diese Verbindung ermöglicht eine Drehmomentübertragung von der in der Bohrung 2 angeordneten Getriebewelle (nicht dargestellt) über die Schiebemuffe 13 und das mit Ihr verbundene Loszahnrad 1 bzw. 1' bis zur Laufverzahnung 6 des Loszahnrades 1 bzw. 1'. Von der Laufverzahnung 6 wird das Drehmoment auf die damit kämmende Laufverzahnung eines weiteren Zahnrades übertragen. Zwischen der Schiebemuffe 13 und den beiden Loszahnrädern 1 und 1' befindet sich je ein Synchronringpaket, welches jeweils einen inneren Synchronring 9, einen äußeren Synchronring 10 sowie einen zwischen diesen Ringen befindlichen Reibring 8 aufweist. Die Zentrierfläche 7 des Bundes 3 des Loszahnrades 1' dient zur Zentrierung des inneren Synchronringes 9 an dem Bund 3. Die Nut 5 dient dazu, Schmieröl dem Synchronringpaket zu zuleiten.
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In der 3 ist ein vergrößerter Teilbereich des Loszahnrades 1 dargestellt, um die bogenförmige Ausgestaltung der Nut 5 zu verdeutlichen. Die Nut 5 bettet sich in die Zentrierfläche 7 ein und geht senkrecht von der Stirnfläche den Bundes 3 aus.
