DE102008052415A1

DE102008052415A1 - Synchronisiereinrichtung

Info

Publication number: DE102008052415A1
Application number: DE200810052415
Authority: DE
Inventors: Marcus Spoerl
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-10-21
Filing date: 2008-10-21
Publication date: 2010-04-22

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Synchronring (1) für eine Synchronisiereinrichtung eines Kraftfahrzeuggetriebes mit einem Ringkörper (2), wobei der Ringkörper (2) mehrere Taschen (3) für Reibelemente (4) aufweist und einen Käfig bildet, der die Reibelemente (4) in den Taschen (3) führt, und die Reibelemente (4) als Wälzkörper ausgebildet sind.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Synchronring einer Synchronisiereinrichtung eines Kraftfahrzeuggetriebes mit einem Ringkörper, welcher mehrere Taschen aufweist, wobei in den Taschen Reibelemente verschiebbar oder verdrehbar angeordnet sind.
Hintergrund der Erfindung
Synchronringe eines Fahrzeuggetriebes sind in der Regel durch einen konisch ausgebildeten Reibring mit Reibflächen an seiner Innenmantelfläche oder seiner Außenmantelfläche gebildet. Weist der Reibring Reibflächen auf beiden Mantelflächen auf, bezeichnet man ihn auch als Zwischenring. Die Reibflächen eines Zwischenrings stehen während des Synchronisiervorganges am Außenmantel reibschlüssig mit einer am äußeren Synchronring ausgebildeten Reibfläche in Verbindung. Gleichzeitig steht eine an der Innenmantelfläche des Zwischenringes ausgebildete Reibfläche mit einer Reibfläche eines inneren Synchronrings im Reibschluss. Der äußere Synchronring ist formschlüssig mit dem Synchronkörper verbunden und greift beispielsweise über Mitnehmernasen, die an seiner im Durchmesser kleineren Seite ausgebildet und radial nach innen gerichtet sind, in Aussparungen des inneren Synchronringes. Der innere Synchronring ist somit über den äußeren Synchronring ebenfalls formschlüssig mit dem Synchronkörper verbunden.
Eine derartige Synchronisiervorrichtung besteht aus vielen Einzelteilen und ist daher aufwendig herzustellen. Für die Massenfertigung hat es sich als geeignet erwiesen, Synchronringe umformtechnisch aus Blech spanlos herzustellen. Die umformtechnisch hergestellten Ringe weisen jedoch zumeist eine Reibfläche auf, die den erforderlichen Genauigkeiten nicht genügt. In der Regel ist daher eine spanende Nachbearbeitung oder ein Honen erforderlich. Wird ein Reibbeleg auf eine Reibfläche aufgeklebt, so übertragen sich eventuelle Ungenauigkeiten des Ringkörpers auf die Reibfläche, die wiederum nachgearbeitet werden muss. Das Aufbringen eines Reibbelags durch beispielsweise Kleben ist daher aufwändig und kostenintensiv.
Ein spanlos hergestellter Synchronring ist beispielsweise aus der DE 35 19 810 A1 bekannt. Derartige Synchronringe müssen eine sehr exakte Rundheit aufweisen. In der Regel wird dies durch ein anschließendes Honen erreicht, was allerdings aufwändig ist.
Zur Vermeidung dieses Problems ist in DE 10 2006 061 414 A1 vorgeschlagen, einen Synchronring mit Taschen zu versehen, wobei in den Taschen einzelne Reibelemente verschiebbar und/oder verdrehbar gehaltert sind. Die Reibelemente können ihre Position bezüglich des Ringkörpers um ein kleines Spiel ändern, wodurch es möglich wird, sowohl Fertigungsungenauigkeiten des Ringkörpers als auch die des Gegenkonus' auszugleichen.
Nachteilig an dieser an sich guten Lösung ist, dass die Reibelemente bzw. die Reibschicht von nicht-käfigartigen Synchronringen im ungeschalteten Zustand an ihrem jeweiligen Gegenkonus ungewollt reiben können. Dieses Schleifen äußert sich durch ein erhöhtes Schleppmoment, was wiederum einen erhöhten Kraftstoffverbrauch zur Folge hat. Ferner ist der Verschleiß erhöht, und unerwünschte Geräusche werden erzeugt.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, diese geschilderten Nachteile zu vermeiden und einen Synchronring sowie ein Verfahren zur Synchronisierung mit sehr geringen Schleppverlusten bereitzustellen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mittels des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass der Synchronring einen Ringkörper mit Taschen in Form eines Käfigrings aufweist, wobei in den Taschen Wälzkörper angeordnet sind. Erfindungsgemäß arbeitet ein derartiger Ringkörper im ungeschalteten Zustand wie ein Wälzlager. Die Schleppmomente werden beim sporadischen und zeitlich relativ kurzen Aufeinandertreffen des Ringkörpers auf den Gegenkonus durch die Rollbewegung der Wälzkörper auf ein Minimum reduziert.
Wird ein Gang geschaltet, so wird der Synchronring axial verschoben, und er liegt sowohl am Synchronkörper als auch am Gegenkonus, der direkt oder indirekt mit dem Gangrad verbunden ist, an. Durch die zeitlich andauernde Belastung infolge der länger einwirkenden, axial gerichteten Kraft im Synchronisationsprozess auf den konischen Ringkörper ohne Ausweichmöglichkeit des Synchronrings wird die Rollbewegung unterbunden, da sich dann die Wälzkörper zu verklemmen beginnen. Während dieses Synchronisierprozesses arbeitet der Ringkörper wie ein klassischer Reibring mit einem Reibbelag.
In einer Weiterbildung der Erfindung können die Wälzkörper ihre Position bezüglich des Ringkörpers um ein kleines Spiel ändern. Dadurch ist es möglich, sowohl Fertigungsungenauigkeiten des Ringkörpers als auch die des Gegenkonus' auszugleichen. Vorteilhafterweise entfällt somit nicht nur die Nacharbeitung des Ringkörpers, sondern auch die Nachbearbeitung der im Reibschluss stehenden Gegenflächen. Die Erfindung ermöglicht somit zugleich eine günstigere Herstellung beispielsweise eines äußeren und inneren Synchronrings.
Die Wälzkörper stehen während des Synchronisierens nur über einen Linien- bzw. Punktkontakt mit der Gegenreibfläche in Wirkverbindung. Dadurch ist zwar im direkten Vergleich zu dem in DE 10 2006 061 414 A1 offenbarten Synchronring, bei dem die Reibelemente flächig am Gegenkonus anliegen, die Reibfläche scheinbar geringer. In Versuchen hat sich allerdings herausgestellt, dass beim Synchronisieren immer stets nur wenige Abschnitte des Synchronrings gleichzeitig zur Synchronisierung beitragen. Die effektiv gleichzeitig reibende Reibfläche ist daher nicht so viel geringer, wie eine nur geometrische Betrachtung vermuten ließe. Durch die Vielzahl an einzeln auf dem Ringkörper angeordneten Wälzkörper ist eine gleichmäßige Belastung des Synchronrings sichergestellt.
Die Taschen des Synchronrings sind als Taschen oder Fenster der Form der Reibelemente angepasst. In einer Weiterbildung der Erfindung sind die Taschen größer als die Reibelemente ausgebildet und weisen an zumindest einer Seite Haltenasen auf, welche die Reibelemente führen.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Ringkörper spanlos und umformtechnisch aus Blech hergestellt. In diesem Fall ist es vorteilhaft, die Taschen in den Ringkörper einzubringen, bevor der Synchronring beispielsweise durch Tiefziehen in seine endgültige Form gebracht wird. In besonders einfacher Weise wird dünnwandiges Blechmaterial verwendet, aus dem die Taschen ausgestanzt werden. Ebenso ist es möglich, Bandmaterial als Ausgangsmaterial zu verwenden, das gelocht und ringförmig gebogen wird.
Der Ringkörper kann auch aus einem Kunststoffmaterial hergestellt sein. Er ist dadurch sehr leicht und kann beispielsweise durch Spritzen sehr kostengünstig gefertigt werden.
Die Wälzkörper werden separat von dem Ringkörper hergestellt und gleichzeitig oder nacheinander maschinell mit dem Ringkörper verbunden. Sie können sehr kostengünstig hergestellt werden, da es in der Massenfertigung nicht auf genaue Maßhaltigkeit ankommt, da die Fertigungsungenauigkeiten durch die erfindungsgemäße Anordnung kompensiert werden.
Weiterhin wird das Toleranzproblem auf einfache Weise dadurch gelöst, dass es sich in der Massenherstellung rentiert, die mit Toleranzen produzierten Wälzkörper in Klassen zu unterteilen und einheitlich aus einer Klasse zuzupaaren.
In einer Weiterbildung der Erfindung weisen die Wälzkörper eine Beschichtung auf. Die Beschichtung ist vorteilhafterweise extrem verschleißfest, so dass die Lebensdauer der Synchronisiereinrichtung durch sich verformende Wälzkörper nicht übermäßig herabgesetzt wird.
Wälzkörper sind sehr einfach geformte Bauteile. Das Beschichten dieser Bauteile gelingt daher auf einfache und kostengünstige Weise, da auf benachbarte Baugruppen wie auf eine Verzahnung an einem Synchronring beim Beschichten keine Rücksicht genommen werden muss. Ferner ist konstruktionsbedingt keine Maßhaltigkeit der Beschichtung erforderlich, da durch die federnde Aufhängung der Wälzkörper in den Taschen auch Beschichtungsungenauigkeiten kompensiert werden können. Alternativ dazu bestehen die Wälzkörper vollständig aus dem Reibmaterial.
Die Erfindung ermöglicht es, für verschiedene Einsatzzwecke den gleichen Ringkörper zu verwenden. Für die jeweilige Anwendung können dann gemäß dem Baukastenprinzip jeweils die geeigneten Wälzkörper zugepaart werden. Abweichend von bisherigen beschichteten Zwischenringen lassen sich erfindungsgemäß auch verschiedene Reibmaterialien auf einfache Weise in derselben Synchronisiereinrichtung verwenden. Dazu werden Reibelemente aus verschiedenen Werkstoffen jeweils abwechselnd in die Taschen platziert.
Als geeignete Werkstoffe für die Wälzkörper haben sich vor allem sehr harte Materialien wie Keramik erwiesen. Auch eine Kombination verschiedener Materialien in einem Ring ist denkbar.
Die Wälzkörper sind im verbauten Zustand voneinander in Umfangsrichtung beabstandet. Dadurch sind von den axialen Enden des Synchronrings jeweils in axialer Richtung verlaufend Nuten gebildet. Die Nuten dienen zur Aufnahme des Öls, welches die beim Synchronisieren entstehende Reibhitze aufnimmt und das schon während des Synchronisationsprozesses abgeführt werden muss.
Die Erfindung betrifft auch eine Synchronisierung mit zumindest einem Synchronring nach Anspruch 1 und einem eine Gegenreibfläche aufweisenden Gegenkonus. Der Gegenkonus kann beispielsweise direkt am Gangrad angeordnet sein oder aber auch direkt am Synchronkörper. Alternativ sind die Gegenkonen an einem äußeren Synchronring oder an einem inneren Synchronring angeordnet. Durch die Bewegungsfreiheit der Wälzkörper in dem Ringkörper können auch Fertigungsungenauigkeiten dieser Gegenflächen aufgenommen werden, so dass es nicht erforderlich ist, diese nachzubearbeiten. Hierdurch wird eine Kostenersparnis ebenfalls bei den anderen Bauteilen der Synchronisiereinrichtung erreicht.
Die Wälzkörper sind in einer Variante der Erfindung als Kugeln ausgebildet. Dabei ist es möglich, je Tasche nicht nur eine Kugel anzuordnen, sondern auch mehrere.
Eine größere Last wird durch Wälzkörper in Rollenform aufgenommen. Dabei werden unter Rollen sowohl zylindrische Formen wie Nadeln verstanden als auch beispielsweise Kegelrollen, die für die Konusform besonders geeignet sind.
Die Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zum Synchronisieren zweier Wellen gelöst. Die beiden Wellen stehen jeweils drehfest mit Reibkonen in Wirk verbindung. Erfindungsgemäß sind die Reibkonen ihrerseits über einen Synchronring mit Wälzkörpern gemäß Anspruch 1 synchronisierbar, wobei während des Synchronisierens ein Reibschluss zwischen den Bauteilen vorliegt und im freilaufenden, ungeschalteten Zustand die Wälzkörper auf den jeweiligen Gegenkonen rollen können.
Die Erfindung ermöglicht es somit, ein einfacher Weise, einen Reibring für eine Synchronisierung bereitzustellen, der ein geringes Schleppmoment aufweist und wenig verschleißt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachfolgend anhand mehrerer Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1 einen Querschnitt einer Synchronisiereinrichtung,
2 einen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Synchronisiereinrichtung mit einem Synchronaußenring, einem Zwischenring und einem inneren Synchronring,
3 eine perspektivische Ansicht des Ringkörpers eines Zwischenringes ohne Wälzkörper,
4 eine perspektivische Ansicht des Ringkörpers eines anderen Zwischenringes mit Wälzkörpern und
5 einen einzelnen Wälzkörper als Zylinderrolle.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt beispielhaft eine Synchronisiereinrichtung mit einem äußeren Synchronring 19, einem Synchronzwischenring 18 und einem inneren Syn chronring 21. Ein Synchronkörper 13 ist mit einer Innenverzahnung zur verdrehfesten Anordnung auf einer Getriebewelle fixiert. Neben dem Synchronkörper 13 ist ein Gangrad 16 angeordnet. Mit dem Gangrad 16 ist ein Kupplungskörper 17 verbunden, in dessen Aussparungen 17a Mitnehmernocken 18a eines Zwischenringes 18 eingreifen. Der Zwischenring 18 bildet mit der Gegenreibfläche 9 des äußeren Synchronrings 19 als ein Gegenkonus 8 eine erste Reibpaarung 20 und mit der Gegenreibfläche 9' des inneren Synchronrings 21 eine zweite Reibpaarung 22. Die Gegenreibflächen 9 und 9' sind nicht nachbearbeitet. Die Verbindung vom Gangrad 16 und Synchronkörper 13 erfolgt über die Schiebemuffe 14.
Der Innenbord 21a des inneren Synchronrings 21 ist von Aussparungen unterbrochen und teilweise durch einen Absatz des Synchronkörpers 13 verdeckt. Der Absatz greift in die Aussparungen ein, und der innere Synchronring 21 ist somit formschlüssig mit dem Synchronkörper 13 verbunden. Der äußere Synchronring 19 ist über seinen Bord formschlüssig mit dem Synchronkörper 13 verbunden. Der Formschluss des äußeren Synchronrings 19 mit dem Synchronkörper 13 erfolgt über Aussparungen 19a seines Bordes.
2 zeigt ein Synchronringpaket 23, bestehend aus einem äußeren Synchronring 19, einem Zwischenring 18 und einem inneren Synchronring 21. Zwischen dem äußeren 19 und dem inneren 21 Synchronring sind Reibelemente 4 in Aussparungen 3 des Zwischenrings 18 angeordnet.
Die 3 und 4 zeigen jeweils einen Synchronring 1 als Zwischensynchronring 18 mit einem Ringkörper 2 und Taschen 3, die nahezu rechteckförmig ausgebildet sind. Dabei sind die Taschen 3 äquidistant angeordnet und verlaufen in axialer Richtung. Zwischen den Taschen 3 bildet das Grundmaterial des Ringkörpers 2 Nuten 12, die das Öl ableiten. Die Wälzkörper 4 werden in der Ausführung nach 4 durch Führungsnasen 15 gehaltert.
5 zeigt einen Wälzkörper 4 in Form einer Zylinderrolle, der mit einer Reibbeschichtung 25 versehen ist.

1: Synchronring
2: Ringkörper
3: Ausnehmung
4: Reibelement
5: erstes Reibelement
6: zweites Reibelement
7: Strukturfläche
8: Gegenkonus
9, 9': Gegenreibfläche
10: axiales Ende
11: axiales Ende
12: Nut
13: Synchronkörper
14: Schiebemuffe
15: Führungsnase
16: Gangrad
17: Kupplungskörper
17a: Aussparung
18: Zwischenring
18a: Mitnehmernocken
19: äußerer Synchronring
19a: Aussparung
20: erste Reibpaarung
21: innerer Synchronring
21a: Innenbord
22: zweite Reibpaarung
23: Synchronringpaket
24: (nicht belegt)
25: Reibbeschichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 3519810 A1 [0004]
- DE 102006061414 A1 [0005, 0011]

Claims

Synchronring (1) für eine Synchronisiereinrichtung eines Kraftfahrzeuggetriebes mit einem Ringkörper (2), wobei der Ringkörper (2) mehrere Taschen (3) für Reibelemente (4) aufweist und einen Käfig bildet, der die Reibelemente (4) in den Taschen (3) führt, wobei die Reibelemente (4) in den Ausnehmungen (3) verschiebbar und/oder verdrehbar angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibelemente (4) als Wälzkörper ausgebildet sind.
Synchronring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringkörper (2) spanlos und umformtechnisch aus Blech hergestellt ist.
Synchronring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringkörper (2) aus einem Kunststoffmaterial hergestellt ist.
Synchronring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper als Kugeln ausgebildet sind.
Synchronring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper als zylindrische Rollen ausgebildet sind.
Synchronring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper als Kegelrollen ausgebildet sind.
Synchronring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper mit einer Keramikbeschichtung versehen sind.
Synchronring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibelemente (4) als erste Reibelemente (5) und zweite Reibelemente (6) aus verschiedenen Werkstoffen ausgebildet sind.
Synchronring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibelemente (4) durch Stege des Ringkörpers (2) voneinander beabstandet sind, so dass dieser von den axialen Enden (10, 11) ausgehend axiale Nuten (12) aufweist.
Synchronisiereinrichtung mit zumindest einem Synchronring nach Anspruch 1 und einem eine Gegenreibfläche (9) aufweisenden Gegenkonus (8), dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenreibfläche (9) nicht nachbearbeitet ist.
Synchronisiereinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper unter Einwirkung einer axialen Schaltkraft mit dem Gegenkonus (8) reibschlüssig verbunden sind und bei Entfall dieser Schaltkraft im ungeschalteten Zustand auf dem Gegenkonus (8) abrollbar sind.
Verwendung eines Wälzlagerkäfigs mit Wälzkörpern als Synchronring.
Verfahren zum Synchronisieren zweier Wellen, wobei ein erster Reibkonus (8) drehfest mit der ersten Welle verbunden ist, ein zweiter Reibkonus (8') drehfest mit der zweiten Welle verbunden ist und – im unsynchronisierten Zustand die beiden Wellen eine Drehzahldifferenz aufweisen und die Reibkonen (8, 8') miteinander durch einen Synchronring (1) in Rollreibung zueinander stehen, – wobei beim Synchronisieren zwischen den Reibkonen (8, 8') durch eine auf den Synchronring (1) aufgebrachte Axialkraft schließlich ein Reibschluss hergestellt wird.