DE102012014830A1

DE102012014830A1 - Schaltgetriebe für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE102012014830A1
Application number: DE201210014830
Authority: DE
Inventors: Ottmar Beck
Original assignee: Hoerbiger Antriebstechnik Holding GmbH
Current assignee: Hoerbiger Antriebstechnik Holding GmbH
Priority date: 2012-07-27
Filing date: 2012-07-27
Publication date: 2014-01-30
Also published as: CN103573932B; CN103573932A; FR2993948A1; FR2993948B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Schaltgetriebe für Kraftfahrzeuge, mit einer ersten Schaltmuffe (16) und einer zweiten Schaltmuffe (18), die jeweils eine Innenverzahnung bestehend aus mehreren Schaltmuffenzähnen (28, 30) aufweisen, welche sich bezüglich einer Schaltmuffenachse (A) in axialer Richtung erstrecken, einem ersten Synchronring (20), der eine Sperrverzahnung bestehend aus mehreren Sperrzähnen (32) aufweist und mit der Innenverzahnung der ersten Schaltmuffe (16) über einander zugeordnete erste Sperrflächen (34, 36) zusammenwirken kann, sowie einem zweiten Synchronring (22), der eine Sperrverzahnung bestehend aus mehreren Sperrzähnen (38) aufweist und mit der Innenverzahnung der zweiten Schaltmuffe (18) über einander zugeordnete zweite Sperrflächen (40, 42) zusammenwirken kann, wobei die Innenverzahnungen der beiden Schaltmuffen (16, 18) identisch ausgeführt sind und jeweils erste Schaltmuffenzähne (28) umfassen, die an ihren axialen Zahnenden erste Sperrflächen (34) aufweisen, sowie zweite Schaltmuffenzähne (30), die an ihren axialen Zahnenden zweite Sperrflächen (40) aufweisen, und wobei die Schaltmuffenachse (A) mit jeder ersten Sperrfläche (34, 36) einen ersten Sperrwinkel (α) und mit jeder zweiten Sperrfläche (40, 42) einen vom ersten Sperrwinkel (α) betragsmäßig abweichenden, zweiten Sperrwinkel (β) einschließt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Schaltgetriebe für Kraftfahrzeuge, insbesondere ein Schaltgetriebe mit mehreren Synchronisationseinheiten, sodass sich die einzelnen Gänge des Fahrzeugs über eine Sperrsynchronisierung komfortabel und zuverlässig einlegen lassen.
Das Prinzip der Sperrsynchronisierung ist bereits seit Langem aus dem Stand der Technik bekannt und beruht auf dem Grundgedanken, dass das Einlegen eines gewünschten Gangs, das heißt die formschlüssige Verbindung zwischen einer Antriebswelle und einem Gangrad, erst dann erfolgt, wenn deren Drehzahlen synchronisiert sind. Entscheidend für die Funktion der Sperrsynchronisierung sind dabei an der Innenverzahnung einer Schaltmuffe ausgebildete Sperrflächen, die mit entsprechenden Sperrflächen eines Synchronrings zusammenwirken und ein Durchschalten der Schaltmuffe auf eine gangradseitige Schaltverzahnung so lange verhindern, bis eine Drehzahlsynchronisation erfolgt ist. Die Innenverzahnung der Schaltmuffe besteht aus mehreren Schaltmuffenzähnen, und die Sperrverzahnung des Synchronrings besteht aus mehreren Sperrzähnen, wobei die Sperrflächen jeweils an den axialen Enden der Schaltmuffenzähne bzw. der angrenzenden Sperrzähne ausgebildet sind. Über einen Sperrwinkel der Sperrflächen lässt sich eine gewünschte Sperrsicherheit der Synchronisationseinheit einstellen.
Abhängig vom Sperrwinkel und dem zur Verfügung stehenden Reibmoment wird die gewünschte Sperrsicherheit bei unterschiedlichen Sperrwinkeln der Sperrflächen erreicht. Um für alle Synchronisationseinheiten eines Schaltgetriebes, insbesondere wenn sowohl Mehrfach-, als auch Einfachkonussynchronisierungen verwendet werden, eine weitgehend einheitliche Sperrsicherheit bereitzustellen, müssen Sperrflächen mit unterschiedlichen Sperrwinkeln ausgebildet werden.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines konstruktiv einfach aufgebauten Schaltgetriebes, bei dem der Herstellungsaufwand minimiert ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Schaltgetriebe für Kraftfahrzeuge, mit einer ersten Schaltmuffe und einer zweiten Schaltmuffe, die jeweils eine Innenverzahnung bestehend aus mehreren Schaltmuffenzähnen aufweisen, welche sich bezüglich einer Schaltmuffenachse in axialer Richtung erstrecken, einem ersten Synchronring, der eine Sperrverzahnung bestehend aus mehreren Sperrzähnen aufweist und mit der Innenverzahnung der ersten Schaltmuffe über einander zugeordnete erste Sperrflächen zusammenwirken kann, sowie einem zweiten Synchronring, der eine Sperrverzahnung bestehend aus mehreren Sperrzähnen aufweist und mit der Innenverzahnung der zweiten Schaltmuffe über einander zugeordnete zweite Sperrflächen zusammenwirken kann, wobei die Innenverzahnungen der beiden Schaltmuffen identisch ausgeführt sind und jeweils erste Schaltmuffenzähne umfassen, die an ihren axialen Zahnenden erste Sperrflächen aufweisen, sowie zweite Schaltmuffenzähne, die an ihren axialen Zahnenden zweite Sperrflächen aufweisen, und wobei die Schaltmuffenachse mit jeder ersten Sperrfläche einen ersten Sperrwinkel und mit jeder zweiten Sperrfläche einen vom ersten Sperrwinkel betragsmäßig abweichenden, zweiten Sperrwinkel einschließt. Obwohl durch diese Getriebekonstruktion zwei unterschiedliche Sperrwinkel für verschiedene Synchronisationseinheiten des Schaltgetriebes bereitgestellt werden, sind die Innenverzahnungen der jeweiligen Schaltmuffen identisch ausgeführt. Dies senkt den Fertigungsaufwand für die Schaltmuffen erheblich und trägt somit insgesamt zu einer wirtschaftlichen Produktion des Schaltgetriebes bei.
Bevorzugt weist jeder Schaltmuffenzahn an wenigstens einem axialen Zahnende zwei zueinander geneigte Sperrflächen auf, wobei die Sperrflächen jeweils in einer zur Schaltmuffenachse geneigten Ebene liegen.
Insbesondere können die ersten Schaltmuffenzähne an wenigstens einem axialen Zahnende jeweils zwei zueinander geneigte, erste Sperrflächen aufweisen, die zum axialen Zahnende hin eine keilförmige Anspitzung ausbilden, wobei ein Keilwinkel der Anspitzung doppelt so groß ist wie der erste Sperrwinkel. Dies bedeutet, dass die Keilwinkel jeweils symmetrisch zu einer Radialebene ausgebildet sind, welche durch die Schaltmuffenachse und eine Zahnspitze des jeweiligen ersten Schaltmuffenzahns aufgespannt wird. Solch eine symmetrische Ausbildung der axialen Zahnenden bewirkt ein weitgehend identisches Schaltverhalten beim Hochschalten und Herunterschalten.
Ferner können die zweiten Schaltmuffenzähne an wenigstens einem axialen Zahnende jeweils zwei zueinander geneigte, zweite Sperrflächen aufweisen, die zum axialen Zahnende hin eine keilförmige Anspitzung ausbilden, wobei ein Keilwinkel der Anspitzung doppelt so groß ist wie der zweite Sperrwinkel. Dies bedeutet, dass die Keilwinkel jeweils symmetrisch zu einer Radialebene ausgebildet sind, welche durch die Schaltmuffenachse und eine Zahnspitze des jeweiligen zweiten Schaltmuffenzahns aufgespannt wird. Auch im Fall der zweiten Schaltmuffenzähne bewirkt die symmetrische Ausbildung der axialen Zahnenden ein weitgehend identisches Schaltverhalten beim Hochschalten und Herunterschalten.
Bevorzugt weist jeder Sperrzahn des ersten Synchronrings an einem axialen Zahnende zwei zueinander geneigte, erste Sperrflächen auf, welche zum axialen Zahnende hin eine keilförmige Anspitzung ausbilden, wobei ein Keilwinkel der Anspitzung doppelt so groß ist wie der erste Sperrwinkel. Dies bedeutet, dass auch die Keilwinkel jeweils symmetrisch zu einer Radialebene ausgebildet sind, welche durch die Schaltmuffenachse und eine Zahnspitze des jeweiligen Sperrzahns aufgespannt wird. Die Sperrflächen des ersten Synchronrings sind somit komplementär zu den Sperrflächen der ersten Schaltmuffenzähne ausgebildet, sodass die zusammenwirkenden Sperrflächen bei einer Drehzahldifferenz flächig aneinander anliegen. Dies reduziert die auftretenden Flächenpressungen und wirkt sich positiv auf die Lebensdauer der Synchronisationseinheit des Schaltgetriebes aus.
In einer Ausführungsform des Schaltgetriebes weist jeder Sperrzahn des zweiten Synchronrings an einem axialen Zahnende eine zweite Sperrfläche und eine zur zweiten Sperrfläche geneigte Schrägfläche auf, wobei die zweite Sperrfläche und die Schrägfläche zum axialen Zahnende hin eine keilförmige Anspitzung ausbilden.
Hierbei kann ein Keilwinkel der Anspitzung insbesondere asymmetrisch zu einer Radialebene ausgerichtet sein, welche durch die Schaltmuffenachse und eine Zahnspitze des jeweiligen Sperrzahns aufgespannt wird.
In einer weiteren Ausführungsform des Schaltgetriebes ist der erste Sperrwinkel kleiner als der zweite Sperrwinkel. Entsprechend ist der erste Sperrwinkel Synchronisationseinheiten zugeordnet, bei denen hohe Drehzahldifferenzen auftreten und große Drehmomente zu übertragen sind (beispielsweise beim Schalten in niedrigen Gängen), wohingegen der zweite Sperrwinkel Synchronisationseinheiten zugeordnet ist, bei denen niedrigere Drehzahldifferenzen auftreten und geringere Drehmomente zu übertragen sind (beispielsweise beim Schalten in hohen Gängen).
In dieser Ausführungsform des Schaltgetriebes kann eine axiale Abmessung der ersten Schaltmuffenzähne größer sein als eine axiale Abmessung der zweiten Schaltmuffenzähne. Durch geeignete Anpassung der axialen Zahnabmessungen lässt sich auf einfache Art und Weise sicherstellen, dass die ersten Sperrflächen des ersten Synchronrings und die zweiten Sperrflächen des zweiten Synchronrings jeweils ausschließlich an den gewünschten, vorzugsweise komplementären Sperrflächen der Schaltmuffenzähne angreifen.
Vorzugsweise ist der erste Synchronring Teil einer Mehrfachsynchronisationseinheit und der zweite Synchronring Teil einer Einfachsynchronisationseinheit des Schaltgetriebes. Mehrfachsynchronisationseinheiten sind Synchronisationseinheiten, bei denen mehrere, insbesondere zwei oder drei Reibflächenpaarungen, während einer Drehzahlsynchronisierung wirksam sind. Sie werden insbesondere bei hohen Drehzahldifferenzen eingesetzt, beispielsweise beim Schalten in niedrigen Gängen, da sich mit Mehrfachsynchronisationseinheiten eine schnelle Drehzahlangleichung realisieren lässt. Bei den Einfachsynchronisationseinheiten ist hingegen nur eine Reibflächenpaarung während einer Drehzahlsynchronisierung wirksam, sodass sie insbesondere bei kleineren Drehzahldifferenzen eingesetzt werden, beispielsweise beim Schalten in hohen Gängen.
In einer weiteren Ausführungsform des Schaltgetriebes ist die Innenverzahnung jeder Schaltmuffe bezüglich einer axialen Mittenebene der Schaltmuffe symmetrisch ausgebildet. Dadurch lässt sich die Schaltmuffe bei geringem Mehraufwand in beiden axialen Richtungen einsetzen. Dies bedeutet, dass die Schaltmuffe zwei Synchronisationseinheiten zugeordnet ist und ausgehend von ihrer axialen Mittenstellung in entgegengesetzte axiale Richtungen verschoben werden kann, um unterschiedliche Gänge zu schalten.
Bevorzugt weist die Innenverzahnung jeder Schaltmuffe eine gerade Anzahl von gleichmäßig über den Umfang verteilten Schaltmuffenzähnen auf.
Besonders bevorzugt weist die Innenverzahnung jeder Schaltmuffe dabei in Umfangsrichtung abwechselnd erste und zweite Schaltmuffenzähne auf.
In Bezug auf „gleichmäßig über den Umfang verteilte Schaltmuffenzähne” sowie „in Umfangsrichtung abwechselnde erste und zweite Schaltmuffenzähne” wird explizit darauf hingewiesen, dass sich diese Begriffe auf eine vollständig mit Schaltmuffenzähnen besetzte, gleichmäßige Zahnteilung der Schaltmuffe beziehen. Einzelne Schaltmuffenzähne, die in konkreten Ausführungsformen aus funktionalen Gründen fehlen, beispielsweise zur Sicherstellung einer korrekten Montage, werden in diesem Zusammenhang als vorhandene, passend gewählte erste oder zweite Schaltmuffenzähne angesehen. Eine solche Schaltmuffenkonstruktion ermöglicht die Bearbeitung der einzelnen Schaltmuffenzähne in einem wälzenden Verfahren, wobei zunächst jeder der ersten Schaltmuffenzähne und danach jeder der zweiten Schaltmuffenzähne identisch bearbeitet wird. Durch eine solche Bearbeitung der Schaltmuffenzähne an ihrem axialen Ende verringern sich der Aufwand sowie die Zeit zur Herstellung der Schaltmuffe erheblich.
Um den Fertigungsaufwand weiter zu verringern können die erste Schaltmuffe und die zweite Schaltmuffe insbesondere komplett baugleich ausgebildet sein und gleiche Geometrien und Abmessungen besitzen.
In einer weiteren Ausführungsform des Schaltgetriebes ist ein Kupplungselement mit einer Kupplungsverzahnung bestehend aus mehreren Kupplungszähnen vorgesehen, wobei die Kupplungszähne an ihrem axialen Zahnende jeweils zwei zueinander geneigte Kupplungsflächen aufweisen, die zum axialen Zahnende hin jeweils eine keilförmige Anspitzung mit einem Kupplungswinkel ausbilden, wobei der Kupplungswinkel doppelt so groß ist wie der erste Sperrwinkel. Die Kupplungsflächen sind folglich komplementär zu den ersten Sperrflächen der ersten Schaltmuffenzähne ausgebildet, sodass sich beim Einspuren der Synchronisationseinheit, das heißt beim Durchschalten des Gangs, geringe Flächenpressungen ergeben. In diesem Fall übernehmen die ersten Schaltmuffenzähne sowohl eine Sperr- als auch eine Einspurfunktion.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. In diesen zeigen:
1 einen schematischen Ausschnitt einer Abwicklung eines erfindungsgemäßen Schaltgetriebes im Bereich einer ersten Schaltmuffe und eines ersten Synchronrings;
2 einen schematischen Ausschnitt einer Abwicklung eines erfindungsgemäßen Schaltgetriebes im Bereich einer zweiten Schaltmuffe und eines zweiten Synchronrings;
3 einen schematischen Ausschnitt einer Abwicklung eines erfindungsgemäßen Schaltgetriebes im Bereich einer Schaltmuffe und eines Kupplungselements;
4 einen schematischen Teilschnitt durch eine Einfachsynchronisationseinheit eines erfindungsgemäßen Schaltgetriebes;
5 einen schematischen Teilschnitt durch eine Mehrfachsynchronisationseinheit eines erfindungsgemäßen Schaltgetriebes; und
6 eine perspektivische Ansicht einer Schaltmuffe für ein erfindungsgemäßes Schaltgetriebe.
Die 1 bis 3 zeigen jeweils schematische Abwicklungsausschnitte eines Schaltgetriebes 10 für Kraftfahrzeuge, wobei jedem Gang des Schaltgetriebes 10 eine Synchronisationseinheit 12, 14 zugeordnet ist.
Jede Synchronisationseinheit 12, 14 umfasst eine Schaltmuffe 16, 18, wenigstens einen Synchronring 20, 22, einen Synchronkörper 24 und ein gangradseitiges Kupplungselement 26 (siehe auch 4 und 5), wobei die Schaltmuffe 16, 18 und der Synchronkörper 24 auch zwei verschiedenen Synchronisationseinheiten 12, 14 zugeordnet sein können.
Das Schaltgetriebe 10 für Kraftfahrzeuge umfasst eine erste Schaltmuffe 16 und eine zweite Schaltmuffe 18, die jeweils eine Innenverzahnung bestehend aus mehreren Schaltmuffenzähnen 28, 30 aufweisen, welche sich bezüglich einer Schaltmuffenachse A in axialer Richtung erstrecken. Das Schaltgetriebe 10 umfasst ferner einen ersten Synchronring 20, der eine Sperrverzahnung bestehend aus mehreren Sperrzähnen 32 aufweist und mit der Innenverzahnung der ersten Schaltmuffe 16 über einander zugeordnete erste Sperrflächen 34, 36 zusammenwirken kann, sowie einen zweiten Synchronring 22, der eine Sperrverzahnung bestehend aus mehreren Sperrzähnen 38 aufweist und mit der Innenverzahnung der zweiten Schaltmuffe 18 über einander zugeordnete zweite Sperrflächen 40, 42 zusammenwirken kann.
Die Innenverzahnungen der beiden Schaltmuffen 16, 18 sind identisch ausgeführt und umfassen jeweils erste Schaltmuffenzähne 28, die an ihren axialen Zahnenden erste Sperrflächen 34 aufweisen, sowie zweite Schaltmuffenzähne 30, die an ihren axialen Zahnenden zweite Sperrflächen 40 aufweisen. Die Schaltmuffenachse A schließt dabei mit jeder ersten Sperrfläche 34, 36 einen ersten Sperrwinkel α und mit jeder zweiten Sperrfläche 40, 42 einen vom ersten Sperrwinkel α betragsmäßig abweichenden, zweiten Sperrwinkel β ein.
Auf diese Weise können die Innenverzahnungen der beiden Schaltmuffen 16, 18 identisch ausgeführt und gleichzeitig Sperrflächen 34, 36; 40, 42 mit unterschiedlichen Sperrwinkeln α, β realisiert werden.
In 1 ist ein Ausschnitt der Abwicklung im Bereich einer ersten Synchronisationseinheit 12 des Schaltgetriebes 10 zu sehen, wobei die erste Schaltmuffe 16 mit dem ersten Synchronring 20 zusammenwirkt. Dargestellt sind Sperrstellungen der ersten Synchronisationseinheit 12, wobei die Sperrzähne 32 des ersten Synchronrings 20 in einer Sperrstellung beim „Hochschalten” durchgezogen und in einer Sperrstellung beim „Herunterschalten” gestrichelt eingezeichnet sind.
In 2 ist ein Ausschnitt der Abwicklung im Bereich einer zweiten Synchronisationseinheit 14 des Schaltgetriebes 10 dargestellt, wobei die zweite Schaltmuffe 18 mit dem zweiten Synchronring 22 zusammenwirkt. Dargestellt sind Sperrstellungen der zweiten Synchronisationseinheit 14, wobei die Sperrzähne 38 des zweiten Synchronrings 22 in einer Sperrstellung beim „Hochschalten” durchgezogen und in einer Sperrstellung beim „Herunterschalten” gestrichelt eingezeichnet sind.
Die 3 zeigt einen Ausschnitt der Abwicklung im Bereich der Synchronisationseinheiten 12, 14 des Schaltgetriebes 10, wobei die Schaltmuffe 16, 18 mit dem Kupplungselement 26 zusammenwirkt. Somit betrifft die Situation gemäß 3 das Einspuren oder Durchschalten der Synchronisationseinheiten 12, 14 nach erfolgter Drehzahlsynchronisation.
Anhand der 1 bis 3 wird deutlich, dass jeder Schaltmuffenzahn 28, 30 an einem axialen Zahnende zwei zueinander geneigte Sperrflächen 34, 40 aufweist, wobei die Sperrflächen 34, 40 jeweils in einer zur Schaltmuffenachse A geneigten Ebene E₁, E₂, E₃, E₄ liegen.
Insbesondere weisen die ersten Schaltmuffenzähne 28 an einem axialen Zahnende jeweils zwei zueinander geneigte, erste Sperrflächen 34 auf, die zum axialen Zahnende hin eine keilförmige Anspitzung ausbilden, wobei ein Keilwinkel der Anspitzung doppelt so groß ist wie der erste Sperrwinkel α. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass die Keilwinkel jeweils symmetrisch zu einer Radialebene R₁ ausgebildet sind, welche durch die Schaltmuffenachse A und eine Zahnspitze S₁ des jeweiligen ersten Schaltmuffenzahns 28 aufgespannt wird.
Analog weisen die zweiten Schaltmuffenzähne 30 an einem axialen Zahnende jeweils zwei zueinander geneigte, zweite Sperrflächen 40 auf, die zum axialen Zahnende hin eine keilförmige Anspitzung ausbilden, wobei ein Keilwinkel der Anspitzung doppelt so groß ist wie der zweite Sperrwinkel β. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass auch die Keilwinkel jeweils symmetrisch zu einer Radialebene R₂ ausgebildet sind, welche durch die Schaltmuffenachse A und eine Zahnspitze S₂ des jeweiligen zweiten Schaltmuffenzahns 30 aufgespannt wird.
Diese symmetrische Anordnung der Sperrflächen 34, 40 bezüglich der Radialebenen R₁, R₂ führt zu einem gewünschten, weitgehend identischen Schaltverhalten des Getriebes beim Hochschalten und Herunterschalten.
Gemäß 1 weist jeder Sperrzahn 32 des ersten Synchronrings 20 an einem axialen Zahnende zwei zueinander geneigte, erste Sperrflächen 36 auf, welche zum axialen Zahnende hin eine keilförmige Anspitzung ausbilden, wobei ein Keilwinkel der Anspitzung doppelt so groß ist wie der erste Sperrwinkel α, sodass die Keilwinkel jeweils symmetrisch zu einer Radialebene R₃ ausgebildet sind, welche durch die Schaltmuffenachse A und eine Zahnspitze S₃ des jeweiligen Sperrzahns 32 aufgespannt wird.
Die Sperrflächen 36 des ersten Synchronrings 20 sind somit komplementär zu den Sperrflächen 34 der ersten Schaltmuffenzähne 28 ausgebildet, sodass die zusammenwirkenden Sperrflächen 34, 36 bei einer Drehzahldifferenz flächig aneinander anliegen. Dies reduziert die auftretenden Flächenpressungen und wirkt sich positiv auf die Lebensdauer der Synchronisationseinheit 12 des Schaltgetriebes 10 aus.
Hingegen weist gemäß 2 jeder Sperrzahn 38 des zweiten Synchronrings 22 an einem axialen Zahnende eine zweite Sperrfläche 42 und eine zur zweiten Sperrfläche 42 geneigte Schrägfläche 44 auf, wobei die zweite Sperrfläche 42 und die Schrägfläche 44 zum axialen Zahnende hin eine keilförmige Anspitzung ausbilden. Ein Keilwinkel der Anspitzung ist in diesem Fall asymmetrisch zu einer Radialebene R₄ ausgerichtet, welche durch die Schaltmuffenachse A und eine Zahnspitze S₄ des jeweiligen Sperrzahns 38 aufgespannt wird.
Die Sperrflächen 42 des zweiten Synchronrings 22 sind somit komplementär zu den Sperrflächen 40 der zweiten Schaltmuffenzähne 30 ausgebildet, sodass die zusammenwirkenden Sperrflächen 40, 42 bei einer Drehzahldifferenz flächig aneinander anliegen. Dies reduziert die auftretenden Flächenpressungen und wirkt sich positiv auf die Lebensdauer der Synchronisationseinheit 14 des Schaltgetriebes 10 aus.
Die Sperrzähne 38 des zweiten Synchronring 22 sind an ihren axialen Zahnenden so bearbeitet, dass in Umfangsrichtung 60 jeweils zwei zweite Sperrflächen 42 oder zwei Schrägflächen 44 aneinander angrenzen. Die axialen Zahnenden von in Umfangsrichtung 60 benachbarten Sperrzähnen 38 sind entsprechend spiegelsymmetrisch bearbeitet. Da somit jeder übernächste Sperrzahn 38 identisch ausgebildet ist, lassen sich aber auch die axialen Zahnenden des zweiten Synchronrings 22 genau wie die axialen Zahnenden der Schaltmuffen 16, 18 in einem wälzenden Verfahren bearbeiten, um die zweiten Sperrflächen 42 bzw. die Schrägflächen 44 mit geringem Fertigungsaufwand anzuformen.
Bei der Montage der zweiten Synchronisationseinheit 14 wird über eine Indexierung sichergestellt, dass die Schaltmuffe 18 und der zweite Synchronring 22 in Umfangsrichtung 60 so zueinander ausgerichtet sind, dass die zweiten Schaltmuffenzähne 30 in Umfangsrichtung 60 jeweils zwischen zwei zweiten Sperrflächen 42 des zweiten Synchronrings 22 angeordnet sind.
Das Kupplungselement 26 gemäß 3 umfasst eine Kupplungsverzahnung bestehend aus mehreren Kupplungszähnen 46, wobei die Kupplungszähne 46 an ihrem axialen Zahnende jeweils zwei zueinander geneigte Kupplungsflächen 48 aufweisen, die zum axialen Zahnende hin jeweils eine keilförmige Anspitzung mit einem Kupplungswinkel ausbilden, wobei der Kupplungswinkel doppelt so groß ist wie der erste Sperrwinkel α. Die Kupplungswinkel sind dabei jeweils symmetrisch zu einer Radialebene R₅ ausgebildet, welche durch die Schaltmuffenachse A und eine Zahnspitze S₅ des jeweiligen Kupplungszahns 46 aufgespannt wird.
Die Kupplungsflächen 48 sind folglich komplementär zu den Sperrflächen 34 der ersten Schaltmuffenzähne 28 ausgebildet, sodass sich beim Einspuren der Synchronisationseinheit 12, 14, das heißt beim Durchschalten des Gangs, geringe Flächenpressungen ergeben. In diesem Fall übernehmen die ersten Schaltmuffenzähne 28 sowohl eine Sperrfunktion (beim Synchronring) als auch eine Einspurfunktion (beim Kupplungselement).
Gemäß den 1 bis 3 ist der erste Sperrwinkel α kleiner als der zweite Sperrwinkel β. Somit kann bei unterschiedlichen vorhandenen Reibmomenten annähernd die gleiche Sperrsicherheit erreicht werden. Der erste Sperrwinkel α erzeugt dabei ein größeres Entsperrmoment als der zweite Sperrwinkel β. Dementsprechend ist der erste Synchronring 20, dessen erste Sperrflächen 36 mit der Schaltmuffenachse A jeweils den ersten Sperrwinkel α einschließen, beispielsweise Teil einer Mehrfachsynchronisationseinheit gemäß 5, wohingegen der zweite Synchronring 22, dessen zweite Sperrflächen 42 mit der Schaltmuffenachse A jeweils den zweiten Sperrwinkel β einschließen, beispielsweise Teil einer Einfachsynchronisationseinheit gemäß 4 ist.
Die 4 zeigt einen Ausschnitt des Schaltgetriebes 10 im Bereich der zweiten Synchronisationseinheit 14 und einem Gangrad 50, wobei das Gangrad 50 drehfest mit dem Kupplungselement 26 der Synchronisationseinheit 14 verbunden ist. In der dargestellten Ausführungsform, in welcher das Kupplungselement 26 eine scheibenartige Form hat, wird es auch als Kupplungsscheibe bezeichnet. Das Kupplungselement 26 ist wiederum drehfest mit einem separaten Reibring 52 verbunden. In alternativen Ausführungsvarianten des Schaltgetriebes 10 können das Kupplungselement 26 und/oder der Reibring 52 selbstverständlich auch einstückig mit dem Gangrad 50 oder einteilig ausgebildet sein.
Die Synchronisationseinheit 14 umfasst außer dem Kupplungselement 26 und dem Reibring 52 den Synchronkörper 24, der auf einer (nicht gezeigten) Welle des Schaltgetriebes 10 drehfest angebracht ist, die Schaltmuffe 18, welche relativ zum Synchronkörper 24 drehfest, aber axial verschieblich angeordnet ist, den zweiten Synchronring 22 zur Kopplung des Synchronkörpers 24 mit dem Gangrad 50 des Schaltgetriebes 10 über eine Reibverbindung, sowie eine Vorsynchroneinheit 54, die an der Schaltmuffe 18 angreift und bei einer Axialverschiebung der Schaltmuffe 18 den Synchronring 22 axial beaufschlagt, um eine Vorsychronisierung zu erreichen.
Die Funktionsweise derartiger Schaltgetriebe 10 mit Sperrsynchronisierung, beispielsweise nach dem System Borg-Warner, ist aus dem Stand der Technik bekannt, sodass im Folgenden nur kurz darauf eingegangen wird. Bei Sperrsynchronisierungen ist ein Synchronring 20, 22 mit Sperrverzahnung vorgesehen, wobei die Sperrverzahnung vor einer Drehzahlsynchronisierung zwischen Synchronkörper 24 und Gangrad 50 eine Axialverschiebung der drehfest mit dem Synchronkörper 24 verbunden Schaltmuffe 16, 18 auf eine Kupplungsverzahnung des Kupplungselements 26 verhindert. Eine drehfeste Kopplung des Synchronkörpers 24 über die Schaltmuffe 16, 18 mit dem Kupplungselement 26 bzw. dem Gangrad 50 kann somit erst nach einer Angleichung der Drehzahlen erfolgen.
Insbesondere bei kleinen Drehzahldifferenzen, beispielsweise beim Schalten in hohen Gängen, werden üblicherweise Einfachsynchronisationseinheiten gemäß 4 eingesetzt, da diese konstruktiv einfacher aufgebaut sind.
Treten hingegen große Drehzahldifferenzen auf, beispielsweise beim Schalten in niedrigen Gängen, werden häufig Mehrfachsynchronisationseinheiten gemäß 5 eingesetzt, da sich mit diesen durch ihr größeres verfügbares Reibmomoment eine schnellere Drehzahlangleichung realisieren lässt. In 5 ist beispielhaft eine Dreifachsynchronisationseinheit dargestellt, bei der im Vergleich zur Einfachsynchronisationseinheit gemäß 4 lediglich zwei zusätzliche Reibringe 56, 58 vorgesehen sind, um zwei zusätzliche Reibflächenpaarungen auszubilden, sodass während einer Drehzahlsynchronisierung insgesamt drei Reibflächenpaarungen wirksam sind. Dabei ist der Reibring 56 drehfest mit dem Synchronkörper 24 und der Reibring 58 drehfest mit dem Kupplungselement 26 verbunden. Die oben beschriebene, prinzipielle Funktionsweise der Synchronisationseinheiten 12, 14 ist jedoch identisch.
Besonders bevorzugt sind nicht nur die Innenverzahnungen der beiden Schaltmuffen 16, 18, sondern die beiden Schaltmuffen 16, 18 insgesamt identisch ausgeführt. Können die im Schaltgetriebe 10 zum Einsatz kommenden Schaltmuffen 16, 18 als Gleichteile hergestellt werden, verringert sich der Fertigungs- und Montageaufwand für das Schaltgetriebe 10 deutlich.
Die 6 zeigt eine perspektivische Ansicht der Schaltmuffe 16, 18 für das Schaltgetriebe 10. Dabei wird deutlich, dass die Innenverzahnung der Schaltmuffe 16, 18 bezüglich einer axialen Mittenebene der Schaltmuffe 16, 18 symmetrisch ausgebildet ist, sodass die Schaltmuffe 16, 18 zwei Synchronisationseinheiten zugeordnet werden kann.
Die Innenverzahnung der Schaltmuffe 16, 18 weist im Übrigen eine gerade Anzahl von in Umfangsrichtung 60 gleichmäßig verteilten Schaltmuffenzähnen 28, 30 auf. Außerdem weist die Innenverzahnung der Schaltmuffe 16, 18 in Umfangsrichtung 60 abwechselnd erste und zweite Schaltmuffenzähne 28, 30 auf.
Durch diese Schaltmuffenkonstruktion lässt sich die Bearbeitung der Schaltmuffenzähne 28, 30 an ihren axialen Zahnenden in einem wälzenden Verfahren durchführen, was wiederum den Fertigungsaufwand für die Schaltmuffe 16, 18 verringert.
Um sicherzustellen, dass die erste Schaltmuffe 16 ausschließlich über die ersten Sperrflächen 34, 36 mit dem ersten Synchronring 20 und die zweite Schaltmuffe 18 ausschließlich über die zweiten Sperrflächen 40, 42 mit der zweiten Schaltmuffe 18 zusammenwirkt, ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine axiale Abmessung I₁ der ersten Schaltmuffenzähne 28 größer als eine axiale Abmessung I₂ der zweiten Schaltmuffenzähne 30. Dies ist in 2 beispielhaft für einen ersten Schaltmuffenzahn 28 und einen zweiten Schaltmuffenzahn 30 der zweiten Schaltmuffe 18 angedeutet.

Claims

Schaltgetriebe für Kraftfahrzeuge, mit einer ersten Schaltmuffe (16) und einer zweiten Schaltmuffe (18), die jeweils eine Innenverzahnung bestehend aus mehreren Schaltmuffenzähnen (28, 30) aufweisen, welche sich bezüglich einer Schaltmuffenachse (A) in axialer Richtung erstrecken, einem ersten Synchronring (20), der eine Sperrverzahnung bestehend aus mehreren Sperrzähnen (32) aufweist und mit der Innenverzahnung der ersten Schaltmuffe (16) über einander zugeordnete erste Sperrflächen (34, 36) zusammenwirken kann, sowie einem zweiten Synchronring (22), der eine Sperrverzahnung bestehend aus mehreren Sperrzähnen (38) aufweist und mit der Innenverzahnung der zweiten Schaltmuffe (18) über einander zugeordnete zweite Sperrflächen (40, 42) zusammenwirken kann, wobei die Innenverzahnungen der beiden Schaltmuffen (16, 18) identisch ausgeführt sind und jeweils erste Schaltmuffenzähne (28) umfassen, die an ihren axialen Zahnenden erste Sperrflächen (34) aufweisen, sowie zweite Schaltmuffenzähne (30), die an ihren axialen Zahnenden zweite Sperrflächen (40) aufweisen, und wobei die Schaltmuffenachse (A) mit jeder ersten Sperrfläche (34, 36) einen ersten Sperrwinkel (α) und mit jeder zweiten Sperrfläche (40, 42) einen vom ersten Sperrwinkel (α) betragsmäßig abweichenden, zweiten Sperrwinkel (β) einschließt.
Schaltgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Schaltmuffenzahn (28, 30) an wenigstens einem axialen Zahnende zwei zueinander geneigte Sperrflächen (34, 40) aufweist, wobei die Sperrflächen (34, 40) jeweils in einer zur Schaltmuffenachse (A) geneigten Ebene (E₁, E₂, E₃, E₄) liegen.
Schaltgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Schaltmuffenzähne (28) an wenigstens einem axialen Zahnende jeweils zwei zueinander geneigte, erste Sperrflächen (34) aufweisen, die zum axialen Zahnende hin eine keilförmige Anspitzung ausbilden, wobei ein Keilwinkel der Anspitzung doppelt so groß ist wie der erste Sperrwinkel (α).
Schaltgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Schaltmuffenzähne (30) an wenigstens einem axialen Zahnende jeweils zwei zueinander geneigte, zweite Sperrflächen (40) aufweisen, die zum axialen Zahnende hin eine keilförmige Anspitzung ausbilden, wobei ein Keilwinkel der Anspitzung doppelt so groß ist wie der zweite Sperrwinkel (β).
Schaltgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Sperrzahn (32) des ersten Synchronrings (20) an einem axialen Zahnende zwei zueinander geneigte, erste Sperrflächen (36) aufweist, welche zum axialen Zahnende hin eine keilförmige Anspitzung ausbilden, wobei ein Keilwinkel der Anspitzung doppelt so groß ist wie der erste Sperrwinkel (α).
Schaltgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Sperrzahn (38) des zweiten Synchronrings (22) an einem axialen Zahnende eine zweite Sperrfläche (42) und eine zur zweiten Sperrfläche (42) geneigte Schrägfläche (44) aufweist, wobei die zweite Sperrfläche (42) und die Schrägfläche (44) zum axialen Zahnende hin eine keilförmige Anspitzung ausbilden.
Schaltgetriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Keilwinkel der Anspitzung asymmetrisch zu einer Radialebene (R₄) ausgerichtet ist, welche durch die Schaltmuffenachse (A) und eine Zahnspitze (S₄) des jeweiligen Sperrzahns (38) aufgespannt wird.
Schaltgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Sperrwinkel (α) kleiner als der zweite Sperrwinkel (β) ist.
Schaltgetriebe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine axiale Abmessung (I₁) der ersten Schaltmuffenzähne (28) größer ist als eine axiale Abmessung (I₂) der zweiten Schaltmuffenzähne (30).
Schaltgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Synchronring (20) Teil einer Mehrfachsynchronisationseinheit und der zweite Synchronring (22) Teil einer Einfachsynchronisationseinheit des Schaltgetriebes (10) ist.
Schaltgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenverzahnung jeder Schaltmuffe (16, 18) bezüglich einer axialen Mittenebene der Schaltmuffe (16, 18) symmetrisch ausgebildet ist.
Schaltgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenverzahnung jeder Schaltmuffe (16, 18) eine gerade Anzahl von gleichmäßig über den Umfang verteilten Schaltmuffenzähnen (28, 30) aufweist.
Schaltgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenverzahnung jeder Schaltmuffe (16, 18) in Umfangsrichtung (60) abwechselnd erste und zweite Schaltmuffenzähne (28, 30) aufweist.
Schaltgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schaltmuffe (16) und die zweite Schaltmuffe (18) baugleich sind.
Schaltgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kupplungselement (26) mit einer Kupplungsverzahnung bestehend aus mehreren Kupplungszähnen (46) vorgesehen ist, wobei die Kupplungszähne (46) an ihrem axialen Zahnende jeweils zwei zueinander geneigte Kupplungsflächen (48) aufweisen, die zum axialen Zahnende hin jeweils eine keilförmige Anspitzung mit einem Kupplungswinkel ausbilden, wobei der Kupplungswinkel doppelt so groß ist wie der erste Sperrwinkel (α).