DE102012209213A1

DE102012209213A1 - Synchronisiereinheit

Info

Publication number: DE102012209213A1
Application number: DE201210209213
Authority: DE
Inventors: Markus Rost
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2012-05-31
Filing date: 2012-05-31
Publication date: 2013-12-05

Abstract

Synchronisiereinheit (1), aufweisend einen Synchronkörper (3), welcher drehfest mit einer Getriebewelle verbindbar ist und eine Außenverzahnung (4) aufweist, eine Schiebemuffe (5) mit einer Innenverzahnung (6), welche in die Außenverzahnung (4) eingreift und zum Synchronkörper (3) axial verschiebbar ist, mindestens einen axial zum Synchronkörper (3) angeordneten Synchronring (11, 21) und ein Vorsynchronisationselement (14, 24), über das der Synchronring (11, 21) axial verschiebbar ist, wobei das Vorsynchronisationselement (14, 24) und einer der Synchronringe (11, 21) axial aneinander gekoppelt sind.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Synchronisiereinheit für eine Schalteinrichtung mit einem Synchronkörper, welcher drehfest mit einer Getriebewelle verbindbar ist und eine Außenverzahnung aufweist, mit einer Schiebemuffe, deren Innenverzahnung in die Außenverzahnung des Synchronkörpers eingreift und zu diesem axial in Richtung eines Gangrades verschiebbar ist, mit einem Synchronring, der an der einen Axialseite des Synchronkörpers zur Drehzahlangleichung mit dem Gangrad angeordnet ist, und mit einem Vorsynchronisationselement, über das der Synchronring axial verschiebbar ist.
Hintergrund der Erfindung
Synchronisiereinheiten werden in Kraftfahrzeuggetrieben in verschiedenen Varianten eingesetzt. Sie dienen zur Drehzahlanpassung zwischen den zu koppelnden Zahnrädern unterschiedlicher Übersetzungsstufen und damit zur Reduzierung der Schaltkraft und des Verschleißes im Getriebe sowie zur Verbesserung des Schaltkomforts. Eine bekannte Variante ist die Lamellensynchronisation, die für eine relativ hohe Leistungsübertragung geeignet ist. Hierbei erfolgt die Synchronisation durch Lamellen mit Reibflächen. Eine andere, häufig eingesetzte Variante ist meist als Sperrsynchronisation bezeichnet und weist eine Kegel-Reibkupplung auf. Je nach zu synchronisierendem Moment können ein oder mehrere Reibkegel vorhanden sein. Entsprechend ihrer Anzahl wird zwischen Einkonus-Synchronisation oder Mehrkonus-Synchronisation unterschieden.
Um einen korrekten Ablauf des Gangwechsels zu gewährleisten erfolgt durch die Synchronisiereinheit zunächst ein Angleichen der unterschiedlichen Drehzahlen der An- und Abtriebswelle. Erst danach wird durch formschlüssige Verbindung gekuppelt. Anstelle einzelner Wellen werden in der Regel auf einer Abtriebswelle gelagerte Gangräder als Losräder und auf dieser drehfest angeordnete Synchronkörper verbunden. Um sicherzustellen, dass zunächst synchronisiert und erst danach gekuppelt wird, ist eine fein abgestimmte Sperrfunktion erforderlich.
Sperrsynchronisationen weisen meist einen Synchronkörper mit mehreren über den Umfang verteilten Druckstücken als Vorsynchronisationselemente auf. Die Druckstücke sind meistens in radialer Richtung mittels Federn vorgespannt und dienen der Vorsynchronisation. Die eigentliche Synchronisation erfolgt durch eine Kegel-Reibkupplung mit Einfachkonus an einem Kupplungskörper, an einem Synchronring oder am Gangrad selbst. Von dieser Kegel-Reibkupplung wird die gesamte Reibleistung aufgenommen.
Das Drehmoment wird über die Innenverzahnung einer Schiebemuffe übertragen, die im geschalteten Zustand das Losrad bzw. den Kupplungskörper mit dem Synchronkörper verbindet. Die Sperrfunktion ergibt sich durch das Zusammenspiel an Dachverzahnungen des Synchronrings und der Schiebemuffe. Die Schiebemuffe ist mittels ihrer Innenverzahnung drehfest mit einer Außenverzahnung des Synchronkörpers verzahnt, auf der Außenverzahnung und axial verschiebbar und mit einer weiteren Außenverzahnung eines Gangradabschnittes oder einer mit einem Gangrad drehfest verbundenen Kupplungsscheibe kuppelbar.
Die Schiebemuffe weist eine radial nach außen gerichtete Nut auf, die relativ zu einer sie betätigenden Schaltgabel rotiert. Die Schaltgabel ist daher in der Neutralstellung möglichst exakt zu positionieren, um unerwünschte Reibungsverluste zu vermeiden. Das Bewegungsspiel der Schiebemuffe wird häufig durch eine Schaltstangenarretierung unterbunden oder zumindest reduziert. Die Schaltarretierung ist getriebegehäusefest angeordnet ist und gegen die die Schaltgabel axial verschiebende Schaltstange vorgespannt. In die Schaltstange ist zu diesem Zweck eine Rastkontur eingebracht oder auf der Schaltstange eine separat hergestellte Rastkontur befestigt, um den gewünschten Schaltkraftverlauf zu realisieren und die Schaltstange in der Neutralstellung und in den geschalteten Gangstellungen zu halten.
Nachteilig an einer derartigen Anordnung ist, dass der Synchronring im nicht geschalteten Zustand, also beispielsweise in der Neutralstellung, axial beweglich ist. Durch die fehlende axiale Positionierung kann der sich im allgemeinen mit einer Drehzahldifferenz zum Synchronkörper bewegende Synchronring ungewollt mitgeschleppt werden, indem Drehmomente auf ihn übertragen werden. Diese Schleppverluste reduzieren den Wirkungsgrad des Getriebes.
Aufgabe der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Synchronisiereinheit zu schaffen, die die vorstehend genannten Nachteile vermeidet.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe wird durch eine Synchronisiereinheit nach Anspruch 1 gelöst. Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, den Synchronring mittels des Vorsynchronisationselements in einem definierten Mindestabstand zum Synchronkörper zu halten. Dadurch wird ein unerwünschter Kontakt der Reibfläche des Synchronrings und des Synchronkörpers vermieden. Durch die axiale Kopplung werden die Synchronringe nicht mehr allein über ihren Außendurchmesser oder Innendurchmesser an den axial benachbarten Bauteilen geführt.
Die Kopplung über die Vorsynchronisationselemente stellt vorzugsweise eine koaxiale Halterung des Synchronrings dar, so dass dieser im nicht geschalteten Zustand an den Reibbelägen nicht mehr aufliegt. Schleppverluste werden im nicht geschalteten Zustand vermieden. In Synchronisiereinheiten nach dem Stand der Technik sind bestimmte axiale Toleranzen erforderlich, um die Schleppverluste nicht zu groß werden zu lassen. Aufgrund der erfindungsgemäßen axial festen Positionierung in der Neutralstellung ist es gegebenenfalls möglich, die axial erforderlichen Toleranzen zu vermindern, so dass die Synchronisiereinheit unter umständen auch schmaler bauen kann.
Die Erfindung ermöglicht es ferner, den Synchronring mittels der Vorsynchronisationselemente nicht nur auf Druck, sondern auch auf Zug zu belasten. Eine Schaltbewegung in Richtung der Neutralstellung holt den Synchronring also zum Synchronkörper hin zurück.
In einer ersten Ausgestaltung der axialen Kopplung hintergreifen sich der Synchronring und das Vorsynchronisationselement. Durch das Hintergreifen kann sowohl ein minimaler Abstand, ein maximaler Abstand oder ein Abstandskorridor zwischen dem Synchronkörper und dem Synchronring sichergestellt werden.
In einer anderen Ausgestaltung sind das Vorsynchronisationselement und der Synchronring axial fest verbunden. Dazu kann beispielsweise das Vorsynchronisationselement in einer Ringnut des Synchronrings verschnappt sein, so dass die beiden Bauteile in Umfangsrichtung noch zueinander beweglich sind. Sowohl das Vorsynchronisationselement als auch der Synchronring lassen sich so als günstige Einzelbauteile herstellen.
In einer nächsten Ausführungsform sind das Vorsynchronisationselement und der Synchronring fest verbunden. Dazu können zwei separat hergestellte Bauteile form-, kraft oder stoffschlüssig, beispielsweise durch Verschweißen, verbunden werden. Sind die beiden Bauteile zudem unlösbar miteinander verbunden, ist die Handhabung besonders einfach, und die zu verbauende Teileanzahl im Getriebe ist reduziert. In einer Ausgestaltung dieser Ausführungsform sind das Vorsynchronisationselement und der Synchronring einteilig hergestellt, wodurch die Kosten des Verbindens entfallen können.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind der Synchronring und der Synchronkörper über das Vorsynchronisationselement verliersicher aneinander gehalten. Dadurch kann die gesamte Synchronisiereinheit als vormontierte Komplettbaueinheit gehandhabt werden, ohne dass es zusätzlicher Sicherungsmittel für den Synchronring bedarf. Insbesondere eine Synchronisiereinheit mit mehreren Vorsynchronisationselementen oder Synchronringen ist dies von Vorteil. Der Versand und die Montage der Synchronisiereinheit sind dadurch vereinfacht.
In einer nächsten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Vorsynchronisationselement mit dem Synchronkörper einen Indexierungsanschlag bildet. Die Indexierung erfolgt damit nicht zwischen Lappen, die am Ringkörper des Synchronrings angeordnet sind, und am Synchronkörper angeordneten Aussparungen, sondern über ein oder mehrere Vorsynchronisationselemente. Die Herstellung des Synchronrings und des Synchronkörpers vereinfachen sich. Der Synchronkörper braucht keine gesondert einzubringenden Indexierungsanschläge aufzuweisen, wenn die Verzahnungslücken, in die die Vorsynchronisationselemente greifen, ein wenig größer sind als ihr Bauraum in Umfangsrichtung eigentlich erforderte. Vorzugsweise weisen die Verzahnungslücken die Größe auf, die den für die Vorsynchronisationselemente erforderlichen Raum um ein Viertel bis ein Dreiviertel einer Zahnteilung, besonders bevorzugt um eine halbe Zahnteilung, übertrifft.
Ein geeignetes Indexierungselement kann ein Vorsynchronisationselement sein, das als eine Biegefeder ausgebildet ist. Diese kann dann in Umfangsrichtung am Synchronkörper, beispielsweise im Bereich seiner Außenverzahnung, anschlagen. Eine Biegefeder ist einfach zu fertigen. Die Vorsynchronisationselemente können beispielsweise auch als gekapselte, federvorgespannte Rastierelemente ausgebildet sein.
Bei leistungsfähigen Synchronisiereinheiten sind für eine sichere Funktion mehrere Indexierungselemente erforderlich. Diese sind vorzugsweise in Umfangsrichtung gleichmäßig voneinander beabstandet. Stattdessen oder zusätzlich können sie untereinander beispielsweise durch einen Ring verbunden sein. Damit ist nur ein Bauteil anstelle von mehreren Vorsynchronisationselementen zu verbauen.
In einer Variante der Erfindung ist lediglich auf einer Axialseite des Synchronkörpers ein Synchronring bzw. ein Satz Synchronringe angeordnet. Alternativ ist die Schiebemuffe ausgehend von der Neutralstellung in beiden Axialrichtungen mit einem Gang synchronisieren. In dem letztgenannten Fall ist es vorteilhaft, für jede Schaltrichtung separate Vorsynchronisationselemente vorzusehen. Damit verschieben ein oder mehrere erste Vorsynchronisationselemente ausschließlich den ersten Synchronring zum und vom ersten Gangrad, während zweite Vorsynchronisationselemente ausschließlich den zweiten Synchron)ring zum und vom zweiten Gangrad verschieben. Durch die Aufteilung der Vorsynchronisationselemente auf die einzelnen Schaltrichtungen ist es möglich, eine Auslenkung der Schiebemuffe aus der Neutralstellung nur dann zu ermöglichen, wenn eine externe Schaltkraft auf die Schiebemuffe einwirkt. Durch die Aufteilung der Vorsynchronisationselemente auf die einzelnen Schaltrichtungen kann außerhalb der für die Gangrastierungen erforderlichen Bereiche jeweils ein zu einer der Neutralstellung entsprechenden Mittenposition gerichteter Kraftverlauf realisiert werden. Dieser Kraftverlauf kann durch asymmetrische Riegelnuten oder Gegenelemente, gegen die die Vorsynchronisationselemente vorgespannt sind, erzeugt werden. Die Asymmetrie ist nur möglich, weil das Vorsynchronisationselement lediglich in eine Richtung vorsynchronisieren muss. Durch den zur Mittenposition gerichteten Kraftverlauf kann auf eine separate Schaltarretierung, die eine die Schiebemuffe betätigende Schaltstange in der Neutralstellung halten kann, verzichtet werden. Der nicht geschaltete Gang des durch die Schiebemuffe schaltbaren Gangpaares braucht nicht rastiert werden. Somit erfolgt auch keine wesentliche, unbeabsichtigte Vorsynchronisation dieses gegenüberlegenden Gangs. Der geschaltete Gang ist hingegen rastiert, um ein unerwünschtes Herausspringen des Gangs zu verhindern.
In einer weiteren Ausgestaltung dieser Variante ist jeweils ein erstes Vorsynchronisationselement gemeinsam mit einem zweiten Vorsynchronisationselement in einer Verzahnungslücke des Synchronkörpers angeordnet. Der Synchronkörper weist dazu eine Außenverzahnung auf, die aus einzelnen Ringteilen besteht, wobei die Ringteile durch die Verzahnungslücken voneinander in Umfangsrichtung beabstandet sind. Wenn jeweils ein erstes und ein zweites Vorsynchronisationselement in der gleichen Verzahnungslücke angeordnet sind und sich hintergreifen, baut die gemeinsame Verzahnungslücke schmaler als zwei einzelne Verzahnungslücken. Somit stehen insgesamt mehr Zähne der Außenverzahnung zur Drehmomentübertragung zur Verfügung.
Die Erfindung eignet sich sowohl für Einkonus- und Mehrkonussynchronisierungen. Im folgenden wird – sofern nicht ausdrücklich anders beschrieben – vereinfachend von einer Einfachkonussynchronisation ausgegangen, wobei der erste Synchronring jeweils stellvertretend für einen Außensynchronring einer Mehrfachkonussynchronisierung stehen kann.
Der Synchronkörper kann ein Nabenteil mit einer Außenverzahnung aufweisen, wobei die Außenverzahnung axial breiter ist als das Nabenteil im Bereich der Anbindung der Außenverzahnung an das Nabenteil. Damit weist die Außenverzahnung eine radial nach innen gerichtete Rückseite auf. In einer weiteren Ausbildung ist diese Rückseite zumindest abschnittsweise konisch ausgebildet. Durch die Konizität kann der ebenfalls konische Synchronaußenring, der dem Synchronkörper axial benachbart angeordnet ist, zentriert und das benötigte Axialspiel weiter herabgesetzt werden.
In einer nächsten Ausgestaltung sind erste Vorsynchronisationselemente gegen erste Riegelnuten und zweite Vorsynchronisationselemente gegen zweite Riegelnuten vorgespannt, wobei die ersten und zweiten Riegelnuten unterschiedliche Nutkonturen aufweisen. Besonders bevorzugt sind die ersten Riegelnuten asymmetrisch ausgebildet und weisen damit im Längsschnitt gesehen ein von der Neutralstellung nicht achsensymmetrisch gestaltetes Profil auf.
Bei der Schaltbewegung auf das erste Gangrad hin bewirkt die erste Riegelnut, dass die Schiebemuffe das erste Vorsynchronisationselement und damit den ersten Synchronring axial verschiebt, bis die Sperrverzahnungen eine weitere Verschiebung verhindern. Nach Abschluss der Synchronisation kann eine weitere Verschiebung der Schiebemuffe erfolgen, wobei ein weiterer axialer Vorschub des ersten Vorsynchronisationselements über einen Anschlag unterbunden wird. Dadurch ist nach Abschluss der Synchronisation eine Relativverschiebung des ersten Vorsynchronisationselements und der Schiebemuffe möglich. Sind das erste Vorsynchronisationselement und der erste Synchronring axial fest gekoppelt, kann der Anschlag mittelbar auch über den ersten Synchronring erfolgen.
Optional erfolgt eine Endlagenrastierung für das erste Vorsynchronisationselement nur, wenn die Schiebemuffe und das erste Gangrad miteinander verzahnt sind.
Durch die Kombination der beiden Konturanstiege der Riegelnuten wird die Schiebemuffe im nicht geschalteten Zustand, wenn die Rastierung ein Gangauslegen verhindert, stets durch einen der Konturanstiege in eine Mittelstellung bewegt. Die Schiebemuffe ist in dieser Mittelstellung, die der Neutralstellung entspricht, spielfrei vorgespannt.
Da die Vorsynchronisationselemente in der Neutralstellung nicht mehr spielbehaftet auf dem Synchronkörper verschiebbar sind, kann die Mittelstellung als Mittenzentrierung dienen und macht eine externe Mittenzentrierung, beispielsweise durch eine Schaltarretierung an der Schaltstange überflüssig. Ferner wird der axial vorzuhaltende Bauraum der Synchronisiereinheit dadurch verkürzt.
Um diesen Vorteil zu erreichen, können die Riegelkonturen für sich genommen gleich ausgebildet, aber um 180° zueinander gedreht angeordnet sein. In einer Ausgestaltung weisen sie von ihrer axialen Mitte gesehen auf das nicht zu schaltende Gangrad ein gleichmäßig ansteigendes Profil auf, während in die andere Schaltrichtung sich zunächst ein Vorsprung mit einer größeren Steigung als das gleichmäßig ansteigende Profil anschließt, gefolgt von einer Rastierposition als lokalem Minimum. Ein derartiges Profil der ersten und zweiten Rastierkontur erlauben eine spielfreie Vorspannung der Neutralstellung sowie vorgespannte und rastierte Endlagen.
Die Erfindung ist bei manuell zu schaltenden Handschaltgetrieben genauso einsetzbar wie bei automatisierten Schaltgetrieben. Sie ermöglicht eine Mittenrastierung und Endlagenrastierungen, ohne den jeweils gegenüberliegenden Gang zu beeinflussen. Ein unerwünschtes Vorsynchronisieren wird somit vermieden und die Schleppmomente reduziert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Schaltvorrichtung mit einer ersten erfindungsgemäßen Synchronisiereinheit in perspektivischer Schrägansicht,
2a, 2b einen Längsschnitt der Synchronisiereinheit nach 1 in Neutralstellung,
3a, 3b einen Längsschnitt der Synchronisiereinheit nach 1 während der Vorsynchronisation,
4a, 4b einen Längsschnitt der Synchronisiereinheit nach 1 in geschalteter Endlage,
5a, 5b einen Längsschnitt der Synchronisiereinheit nach 1 während des Gangauslegens,
6 einen perspektivische Ansicht eines Teils einer zweiten, erfindungsgemäßen Synchronisiereinheit mit einem Synchronkörper und als Federn ausgebildeten Vorsynchronisationselementen,
7 einen perspektivische Ansicht eines Teils der Schiebemuffe der zweiten Synchronisiereinheit nach 6,
8 eine Aufsicht auf die zweite Synchronisiereinheit nach 6 ohne die Schiebemuffe,
9 einen Längsschnitt des Synchronkörpers der zweiten Synchronisiereinheit nach 6 ohne die Schiebemuffe,
10a, 10b einen Teillängsschnitt der zweiten Synchronisiereinheit nach 6 in einer Endposition und einer Mittenposition und
11 einen Querschnitt der zweiten Synchronisiereinheit nach 6.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine Synchronisiereinheit 1 als Teil einer Schaltvorrichtung 2 zur Drehzahlangleichung von zwei auf einer nicht dargestellten Getriebewelle als Losräder gelagerten Gangrädern 12, 22 mit einem drehfest mit der Getriebewelle verbundenen Synchronkörper 3. Axial zwischen den Gangrädern 12, 22 und dem Synchronkörper 3 sind jeweils mehrere Synchronringe 11, 21 angeordnet, um die mit der Angleichung der Drehzahldifferenz verbundene Umwandlung der Rotations- in Wärmeenergie zu ermöglichen. Dazu umgreift eine Schiebemuffe 5 den Synchronkörper 3 und ist über ihre Innenverzahnung 6 mit einer Außenverzahnung 4 des Synchronkörpers 3 drehfest verzahnt.
In der Neutralstellung ist die Schiebemuffe 5 auf dem Synchronkörper 3 mittig angeordnet. Die Gangräder 12, 22 sind zur Schiebemuffe 5 frei beweglich. Um ein unerwünschtes Ansynchronisieren der nicht geschalteten Gangräder 12, 22 zu verhindern, ist die Schiebemuffe 5 in der Neutralstellung fixiert. Die Art der Fixierung wird nachfolgend genauer erläutert.
Die Schiebemuffe 5 ist auf dem Synchronkörper 3 mittels einer Schaltgabel 31 axial verschiebbar. Dazu greift die über eine Schaltstange 34 betätigbare Schaltgabel 31 in eine radial nach außen weisende Ringnut 33 der Schiebemuffe 5 ein. Zur Verschleißminderung, aber auch zum Ausgleich von Toleranzen sind die Teile der Schaltgabel 31, die in zeitweise in Reibkontakt mit der Schiebemuffe 5 bringbar sind, mit Gleitschuhen 32 versehen.
Das Einlegen des Ganges, der dem Gangrad 12 zugeordnet ist, erfolgt durch Axialverschiebung der Schaltgabel 31, die axial fest an einer Schaltstange 34 angeordnet ist. Die Schaltgabel 31 verschiebt über die Ringnut 33 der Schiebemuffe 5 diese axial. Die Drehzahlen der Schiebemuffe 5 und des Gangrads 12 stimmen im allgemeinen nicht überein, so dass die Verzahnung des mit dem Gangrad 12 verbundenen Kupplungskörpers 18 mit der Innenverzahnung 6 der Schiebemuffe 5 noch nicht verzahnen kann. Zunächst muss daher über den ersten Synchronring 11 ein Gleichlauf zwischen dem Synchronkörper 3 und dem Gangrad 12 hergestellt werden.
Dazu wird zunächst der Vorsynchronisationsprozess zur Axialverschiebung der ersten Synchronringe 11 durch ein erstes Vorsynchronisationselement 14 eingeleitet. Das Vorsynchronisationselement 14 ist zwischen der Schiebemuffe 5 und dem Synchronkörper 3 an dessen Außenumfang axial verschieblich angeordnet. Dazu ist es in einer Verzahnungslücke 7 der Außenverzahnung 4 des Synchronkörpers 3 angeordnet. Ferner ist das Vorsynchronisationselement 14 gegen die Schiebemuffe 5 vorgespannt, damit diese es bei der Betätigung der Schiebemuffe 5 durch die Schaltgabel 31 mitnimmt. Über das Vorsynchronisationselement 14 erfolgt dann eine Axialverschiebung der konischen ersten Synchronringe 11, wobei der innere der ersten Synchronringe 11 letztlich an dem Gangrad 12 reibt. Vorliegend handelt es sich um eine Mehrfachkonussynchronisierung. Die ersten Synchronringe 11 bilden ein Synchronringpaket mit einem Außensynchronring 35, der über einen mit einzelnen Reibelementen 36 versehenen Zwischensynchronring 37 und einen Innensynchronring 38 an dem Gangrad 12 reibt. Der erste Synchronring 11 weist eine erste Sperrverzahnung 16 auf, um ein Durchschalten der Schiebemuffe 5 im unsynchronisierten Zustand zu verhindern. Sind das zu schaltende Gangrad 12 und die Schiebemuffe 5 synchronisiert, lässt sich der die erste Sperrverzahnung 16 tragende Außensynchronring 35 in Bezug auf die rotierende Schiebemuffe 5 leicht rückwärts bewegen, so dass die Schiebemuffe 5 axial weiter verschoben werden kann. Dabei gleitet das am Synchronkörper 3 nicht oder nur begrenzt verschiebbare Vorsynchronisationselement 14 aus der Mittenposition der Schiebemuffe 5 heraus.
Das Schalten des gegenüberliegenden zweiten Gangrads 22 über das zweite Synchronringpaket 22 erfolgt in analoger Weise. Jedoch ist zur Betätigung des zweiten Synchronrings 21 ein anderes, zweites Vorsynchronisationselement 24 vorgesehen, das ansonsten wie das erste Vorsynchronisationselement 14 aufgebaut ist. Die beiden Vorsynchronisationselemente 14 und 24 betätigen jeweils unterschiedliche Synchronringe 12 und 22. Je Schaltrichtung bewirken also entweder nur die ersten Vorsynchronisationselemente 14 oder die zweiten Vorsynchronisationselemente 24 die Vorsynchronisation.
Zur Überlastsicherung weist die Schaltvorrichtung 2 zusätzlich jeweils Axialanschläge 54 auf, die bei Einleitung von Missbrauchskräften eine zu weite Axialverschiebung der Schaltgabel 31 unterbinden. Die Vorsynchronisationselemente 14, 24 brauchen diese Kräfte nicht aufnehmen.
Die 2a bis 5a und 2b bis 5b stellen unterschiedliche Längsschnitte der Synchronisiereinheit 1 nach 1 dar, wobei in den 2a bis 5a jeweils ein Schnitt durch das erste Vorsynchronisationselement 14 dargestellt ist und in den 2b bis 5b ein Schnitt durch das zweite Vorsynchronisationselement 24.
Die 2a und 2b zeigen die Synchronisiereinheit 1 in der Neutralstellung. Die Schaltgabel 31 ist in dieser Position von den Nutwänden der Ringnut 33 der Schiebemuffe 5 jeweils beabstandet. Die Axialposition der Schiebemuffe 5 ist durch ein Zusammenwirken der Vorsynchronisationselemente 14, 24 gesichert. Dazu ist das Vorsynchronisationselement 14 axial beweglich an dem Außenumfang des Synchronkörpers 3 angeordnet. Mittels einer Feder 39 ist es gegen eine erste Riegelnut 15 vorgespannt, die in einen der Schiebemuffenzähne 8 eingebracht ist. Der Konturverlauf der ersten Riegelnut 15 ist asymmetrisch, wobei er in der Neutralstellung, vorliegend genau mittig, die erste Ausnehmung 20 aufweist, so dass die Vorspannung der Feder 39 in dieser Position am geringsten ist. Es ist nicht erforderlich, dass das erste Vorsynchronisationselement 14 in dieser Position verrastet. Die Kontur weist einen etwa S-förmigen Verlauf auf und ist derart ausgestaltet, dass auf der dem durch das Vorsynchronisationselement 14 zu schaltende erste Gangrad 12 abgewandten Seite benachbart zu der Neutralposition ein Vorsprung 40 angeordnet ist, während auf der zugewandten Seite ein Bereich konstanter Steigung als flache Flanke 49 in Form einer schiefen Ebene anschließt. Der Konturverlauf der zweiten Riegelnut 25 entspricht dem der ersten Riegelnut 15, mit dem Unterschied, dass dieser um 180° versetzt ist. Durch die asymmetrisch gestalteten Riegelnuten 15, 25 wird jeweils eine Kraft generiert, die von der Radialrichtung abweicht. Ihre Vektorsumme ist in der Neutralstellung aus Symmetriegründen jedoch wieder eine Radialkraft, so dass die Schiebemuffe 5 in dieser Position ohne externen Kraftaufwand gehalten ist.
Wird die Schaltgabel 31 aus der Mittenposition bewegt (3a, 3b), übt sie eine Axialkraft auf die Schiebemuffe 5 aus. Durch den Vorsprung 40 der ersten Riegelnut 15, der eine größere Steigung aufweist als die flache Flanke 49 der zweiten Riegelnut 25 wird das erste Vorsynchronisationselement 14 axial mitgenommen. Über erste Kopplungsmittel 17 ist das erste Vorsynchronisationselement 14 axial fest mit dem Außensynchronring 35 der ersten Synchronringe 11 verbunden, so dass ein Verschieben des Vorsynchronisationselements 14 stets zu einer Axialverschiebung des Außensynchronrings 35 führt.
Währenddessen kann das zweite Vorsynchronisationselement 24 auf der flachen Flanke 49 der zweiten Riegelnut 25 gleiten, so dass keine Axialverschiebung des zweiten Vorsynchronisationselements 24 erfolgt. Durch die Axialverschiebung des ersten Vorsynchronisationselements 14 wird der Vorsynchronisierungsprozess in bekannter Weise eingeleitet. Nach dessen Abschluss und Abschluss des Synchronisierprozesses kann die Schiebemuffe 5 axial weiter verschoben werden und den Formschluss mit dem ersten Kupplungskörper 18 herstellen (4a und 4b). Das erste Vorsynchronisationselement 14 gleitet dann über den Vorsprung 40 und ist durch die Rückseite des Vorsprunges 40 gesichert, so dass die Schiebemuffe 5 ohne extern eingeleitete Kraft nicht wieder zurückbewegt werden kann.
Wird der geschaltete Gang wieder ausgelegt (5a, 5b), wird aufgrund der axialen Kopplung des ersten Außensynchronrings 19 mit dem ersten Vorsynchronisationselement 14 dieser ebenfalls axial in Richtung des Synchronkörpers 3 bewegt. Ein Schalten des gegenüberliegenden Gangrads 22 erfolgt auf analoge Weise.
Während des Ein- und Auslegens des dem ersten Gangrad 12 zugeordneten Gangs bewegt sich das zweite Vorsynchronisationselement 24 in Bezug auf den Synchronkörper 3 nicht. Da durch zweite Kopplungsmittel 27 der zweite Außensynchronring 29 axial fest an das zweite Vorsynchronisationselement 24 gekoppelt ist, ist dieser auch stationär. Dadurch werden die Schleppmomente im nicht geschalteten Gang reduziert. Das axiale Spiel der gesamten Synchronisiereinheit 1 ist verringert, so dass die Synchronisiereinheit 1 weniger Bauraum benötigt.
Die 6 bis 11 zeigen eine weitere Synchronisiereinheit 1, bei der die Vorsynchronisationselemente 14 und 24 jeweils als Formfedern ausgebildet sind. Die Formfedern sind fest mit jeweils einem der Außensynchronringe 19 bzw. 29 verbunden und können am Synchronkörper 3 verrasten. Die Formfedern sind als L-förmige Blechfedern gestaltet und weisen an ihrem axial auskragenden Ende jeweils eine Wölbung 42 auf, die rückseitig zum Synchronkörper 3 gerichtet wegen der konstanten Blechdicke eine Federnut 43 bildet. Mittels der Federnut 43 kann das jeweilige Vorsynchronisationselement 14 bzw. 24 an einem in Umfangsrichtung gerichteten Steg 9 des Synchronkörpers 3 verrasten. Der Steg 9 (8 und 9) ist wird durch eine Ringscheibe 45 gebildet, welche mit einer Wellenverzahnung 46 zur drehfesten Anbindung an die Getriebewelle versehen ist. Auf der Ringscheibe 45 sind einzelne Verzahnungssegmente 47 befestigt, die jeweils durch Verzahnungslücken 7 voneinander beabstandet sind. Die Verzahnungslücken 7 sind etwas breiter als die Vorsynchronisationselemente 14, 24, so dass sie mit den Außensynchronringen 19, 29 relativ zum Synchronkörper 3 leicht verdrehbar sind und gleichzeitig einen Indexierungsanschlag bilden können.
Die Ringsegmente 10 sind auf ihrer zur Getriebewelle hin gerichteten Innenseite 50 doppelt konisch ausgebildet, wobei jeweils die radiale Dicke der Ringsegmente 10 zu ihrer Axialmitte hin zunimmt. Radial mittig weist ein Ringsegment 10 eine Segmentnut 53 auf, in der der Nabenteil 51 mit dem Ringsegment 10 verbunden ist.
Die Schiebemuffe 5 weist Riegelnuten 15, 25 für die Vorsynchronisationselemente 14. 24 auf, die ausgehend von der Neutralposition eine steile Flanke 48 und eine flachere Flanke 49 aufweisen. An die steile Flanke 48 schließt sich ein kurzer Abschnitt konstanter Höhe 41 an und nachfolgend eine Rastmulde 35 für die Wölbungen 42 des jeweiligen Vorsynchronisationselements 14, 24.
Bezugszeichenliste

1: Synchronisiereinheit
2: Schaltvorrichtung
3: Synchronkörper
4: Außenverzahnung
5: Schiebemuffe
6: Innenverzahnung
7: Verzahnungslücke
8: Schiebemuffenzahn
9: Steg
10: Ringsegment
11: erste Synchronringe
12: erstes Gangrad
13: erste Axialseite
14: erstes Vorsynchronisationselement
15: erste Riegelnut
16: erste Sperrverzahnung
17: erste Kopplungsmittel
18: erster Kupplungskörper
19: erster Außensynchronring
20: erste Ausnehmung
21: zweiter Synchronring
22: zweites Gangrad
23: zweite Axialseite
24: zweites Vorsynchronisationselement
25: zweite Riegelnut
26: zweite Sperrverzahnung
27: zweite Kopplungsmittel
28: zweiter Kupplungskörper
29: zweiter Außensynchronring
30: zweite Ausnehmung
31: Schaltgabel
32: Gleitschuh
33: Ringnut
34: Schaltstange
35: Rastmulde
36: Reibelement
37: Zwischensynchronring
38: Innensynchronring
39: Feder
40: Vorsprung
41: Abschnitt konstanter Höhe
42: Wölbung
43: Federnut
44: Steg
45: Ringscheibe
46: Wellenverzahnung
47: Verzahnungssegment
48: steile Flanke
49: flache Flanke
50: Innenseite
51: Nabenteil
52: Verbindungsbereich
53: Segmentnut
54: Axialanschlag

Claims

Synchronisiereinheit (1) für eine Schalteinrichtung (2), aufweisend – einen Synchronkörper (3), welcher drehfest mit einer Getriebewelle verbindbar ist und eine Außenverzahnung (4) aufweist, – eine Schiebemuffe (5) mit einer Innenverzahnung (6), welche in die Außenverzahnung (4) eingreift und zum Synchronkörper (3) axial verschiebbar ist, – mindestens einen axial zum Synchronkörper (3) angeordneten Synchronring (11, 21) und – ein Vorsynchronisationselement (14, 24), über das der Synchronring (11, 21) axial verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass – das Vorsynchronisationselement (14, 24) und der Synchronring (11, 21) axial aneinander gekoppelt sind.
Synchronisiereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorsynchronisationselement (14, 24) und der Synchronring (11, 21) axial fest verbunden sind.
Synchronisiereinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorsynchronisationselement (14, 24) und der Synchronring (14, 24) fest verbunden sind.
Synchronisiereinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Synchronring (11, 21) und das Vorsynchronisationselement (14, 24) einteilig ausgebildet sind.
Synchronisiereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Synchronkörper (3) und der Synchronring (11, 21) über das Vorsynchronisationselement (14, 24) verliersicher aneinander gehalten sind.
Synchronisiereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorsynchronisationselement (14, 24) mit dem Synchronkörper (3) einen Indexierungsanschlag bildet.
Synchronisiereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorsynchronisationselement (14, 24) als Biegefeder ausgebildet ist.
Synchronisiereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorsynchronisationselement (14, 24) als ein Ring mit mehreren, am Umfang angeordneten Biegefedern ausgebildet ist.
Vorsynchronisationselement (14, 24) einer Synchronisiereinheit (1) nach Anspruch 4 oder 8.