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Die Erfindung betrifft einen Synchronring für eine Synchronisationseinheit eines Schaltgetriebes sowie eine Synchronisationseinheit mit einem solchen Synchronring.
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Synchronisationseinheiten sind Konusreibkupplungen, die bei Betätigung ein Reibmoment erzeugen und eine Schaltmuffe durch eine Sperrgeometrie axial blockieren, solange eine Differenzdrehzahl zwischen einem Synchronkörper und einem Gangrad des Schaltgetriebes vorhanden ist. Um eine rasche Drehzahlangleichung zu erreichen, wird generell angestrebt, dass die Synchronisationseinheiten bei einer vorgegebenen axialen Schaltkraft ein möglichst hohes Reibmoment bereitstellen.
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Um das Reibmoment zu erhöhen, werden derzeit insbesondere in den unteren Gängen eines Kraftfahrzeugs Mehrfachkonus-Synchronisierungen verwendet, die jedoch gegenüber den Einfachkonus-Synchronisierungen zu einer aufwendigeren Konstruktion, einem größeren Materialbedarf sowie einem höheren Gewicht der Synchronisationseinheit führen.
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Aus dem Stand der Technik ist bereits bekannt, dass das Reibmoment einer Synchronisationseinheit ansteigt, wenn der Konuswinkel der Reibfläche verringert wird. Allerdings lässt sich der Konuswinkel nicht beliebig verringern, da es unterhalb einer Grenze von etwa 5°–7° zu unerwünschten Selbsthemmungseffekten der Synchronisationseinheit kommen kann. Läuft der Konuswinkel in den Bereich der Selbsthemmung, so lässt sich die Reibverbindung nicht mehr ohne äußeren Kraftaufwand lösen, was zu einem verringerten Schaltkomfort sowie unter Umständen sogar zu einer Funktionsbeeinträchtigung der Synchronisationseinheit führt.
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Zur Verbesserung des Schaltkomforts hat sich außerdem ein geringes Einspurmoment als vorteilhaft erwiesen, um nach der Drehzahlsynchronisierung ein einfaches Lösen der Synchronisationseinheit, das heißt ein leichtgängiges Durchschalten der Schaltmuffe auf eine gangradseitige Schaltverzahnung, zu ermöglichen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Synchronring für eine Synchronisationseinheit eines Schaltgetriebes zu schaffen, welcher unter Vermeidung von Selbsthemmungseffekten ein großes Reibmoment sowie ein niedriges Einspurmoment bereitstellt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Synchronring für eine Synchronisationseinheit eines Schaltgetriebes, mit einem Sperrring, der eine Ringachse und eine Sperrverzahnung aufweist, sowie einem koaxial zum Sperrring angeordneten, separaten Konusring, der eine erste Konusfläche mit einem ersten Konuswinkel und eine radial entgegengesetzte zweite Konusfläche mit einem zweiten Konuswinkel aufweist, wobei die erste Konusfläche im eingebauten Zustand des Synchronrings an einen gangradseitigen Reibkonus der Synchronisationseinheit und die zweite Konusfläche an eine konische Gegenfläche des Sperrrings angrenzt, wobei der Sperrring und der Konusring einander zugeordnete Anschlagflächen aufweisen, welche den Sperrring und den Konusring in Umfangsrichtung koppeln, und wobei die Anschlagflächen des Sperrrings und/oder des Konusrings relativ zur Ringachse zumindest abschnittsweise so geneigt sind, dass die zweite Konusfläche und die konische Gegenfläche bei einem zwischen dem Sperrring und dem Konusring wirkenden Drehmoment axial voneinander weg beaufschlagt sind. Bei dieser mehrteiligen Konstruktion des Synchronrings lässt sich über den ersten Konuswinkel in gewissen Grenzen ein gewünschtes Reibmoment der Synchronisationseinheit einstellen, wohingegen der zweite Konuswinkel maßgeblich das Lösen einer Reibverbindung zwischen dem Synchronring und dem gangradseitigen Reibkonus beeinflusst. Entsprechend kann der erste Konuswinkel zur Anhebung des Reibmoments sogar bis in den Bereich der Selbsthemmung abgesenkt werden, solange der für das Lösen der Reibverbindung maßgebliche zweite Konuswinkel klar oberhalb des Selbsthemmungsbereichs liegt. Ferner wird durch die zur Ringachse geneigten Anschlagflächen das Einspurmoment der Synchronisationseinheit abgesenkt, was nach erfolgter Drehzahlsynchronisierung zu einem geringen Druckpunkt beim Durchschalten in einen gewünschten Gang und damit zu einem erhöhten Schaltkomfort führt.
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Vorzugsweise ist der erste Konuswinkel, wie bereits oben angedeutet, betragsmäßig kleiner als der zweite Konuswinkel. Dies ist vorteilhaft, da ein geringer erster Konuswinkel zu einem üblicherweise gewünschten, hohen Reibmoment der Reibverbindung und ein über der Selbsthemmung liegender, vergleichsweise großer zweiter Konuswinkel zu einem Lösen der Reibverbindung ohne Selbsthemmungseffekte führt. Insbesondere ist die erste Konusfläche eine radiale Innenseite und die zweite Konusfläche eine radiale Außenseite des Konusrings, sodass sich der Konusring an seiner radialen Außenseite stärker verjüngt als an seiner radialen Innenseite.
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Besonders bevorzugt gilt für den ersten Konuswinkel α der ersten Konusfläche │α│ < 5° und für den zweiten Konuswinkel β der zweiten Konusfläche │β│ > 6°. Damit liegt der erste Konuswinkel tendenziell sowohl im Bereich großer Reibmomente als auch im Bereich der Selbsthemmung, wobei die Selbsthemmungseffekte beim Lösen der Reibverbindung durch den oberhalb der Selbsthemmung liegenden zweiten Konuswinkel jedoch zuverlässig verhindert werden. Gegenüber einem herkömmlichen Synchronring für Einfachkonus-Synchronisierungen lassen sich mit dem beschriebenen, mehrteiligen Synchronring deutlich höhere Reibmomente erzielen, ohne dass es zu unerwünschten Selbsthemmungseffekten kommt.
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Vorzugsweise entspricht ein Konuswinkel der konischen Gegenfläche des Sperrrings im Wesentlichen dem zweiten Konuswinkel des Konusrings. Auf diese Weise wird der Konusring von dem massiveren, formstabilen Sperrring vollflächig unterstützt, was sich positiv auf die Qualität der Reibverbindung und die Höhe des erreichbaren Reibmoments auswirkt.
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In einer Ausführungsform des Synchronrings ist der Konusring in Umfangsrichtung offen, wobei der Konusring besonders bevorzugt als mehrteiliger Segmentring mit mehreren separaten Ringsegmenten ausgebildet ist. Diese geschlitzte oder mehrteilige Konstruktion erhöht die radiale Flexibilität des Konusrings und erleichtert ein Lösen der Reibverbindung zwischen dem Konusring und dem gangradseitigen Reibkonus. Wird der Konusring nämlich nicht mehr radial vom Sperrring unterstützt, so kann sich der Konusring zum Lösen der Reibverbindung nicht nur in axialer Richtung, sondern auch in radialer Richtung vom Reibkonus entfernen.
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Vorzugsweise ist die erste Konusfläche des Konusrings mit einem Reibbelag beschichtet. Durch einen leistungsfähigen Reibbelag zwischen der ersten Konusfläche und dem angrenzenden, gangradseitigen Reibkonus lässt sich das bei einer vorgegebenen Schaltkraft erreichbare Reibmoment weiter anheben. Insbesondere ist der Konusring mit einem Karbon- oder Sinterreibbelag beschichtet, wobei jedoch selbstverständlich auch andere geeignete Reibbeläge zum Einsatz kommen können.
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Der Sperrring umfasst bevorzugt einen radialen Bund mit über den Ringumfang verteilten Ausnehmungen, wobei jede Ausnehmung in Umfangsrichtung begrenzt ist durch gegenüberliegende Anschlagflächen, die jeweils mit einer zugeordneten Anschlagfläche des Konusrings zusammenwirken können.
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Entsprechend kann der Konusring über den Ringumfang verteilte axiale Fortsätze umfassen, wobei jeder Fortsatz in Umfangsrichtung entgegengesetzte Anschlagflächen aufweist, die jeweils mit einer zugeordneten Anschlagfläche des Sperrrings zusammenwirken können. Die Ausbildung von Ausnehmungen und Fortsätzen, welche in die Ausnehmungen eingreifen, ermöglicht eine fertigungstechnisch einfache Kopplung des Sperrrings und des Konusrings in Umfangsrichtung. Außerdem lassen sich bei dieser Konstruktion die Anschlagflächen der Ausnehmungen bzw. der Fortsätze mit geringem Aufwand so abschrägen, dass das Einspurmoment der Synchronisationseinheit in vorteilhafter Weise sinkt.
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Insbesondere kann sich der Konusring von einem ersten axialen Ringende zu einem zweiten axialen Ringende hin konisch verjüngen, wobei die axialen Fortsätze des Konusrings am zweiten axialen Ringende ausgebildet sind und jeweils in eine Ausnehmung des Sperrrings eingreifen.
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Ferner ist bevorzugt, dass sich die axialen Fortsätze des Konusrings in axialer Richtung zu einem freien Ende hin verjüngen. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass die entgegengesetzten Anschlagflächen eines axialen Fortsatzes zum freien Fortsatz-Ende hin aufeinander zulaufen. Dies lässt sich fertigungstechnisch einfach realisieren und führt zu einer vorteilhaften Absenkung des Einspurmoments der Synchronisationseinheit.
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In einer weiteren Ausführungsform des Synchronrings schließen die Anschlagflächen des Sperrrings und/oder des Konusrings mit der Ringachse einen Neigungswinkel γ ein, wobei gilt: 5° ≤ γ ≤ 20°, insbesondere γ ≈ 10°. Bei einer Drehzahlsynchronisierung über die zwischen dem Konusring und dem gangradseitigen Reibkonus wirkende Reibverbindung bleibt in diesem Winkelbereich eine durch die abgeschrägten Anschlagflächen hervorgerufene Axialkraftkomponente in akzeptablen Grenzen, sodass die beiden Ringe in Umfangsrichtung zuverlässig gekoppelt sind. Nach der Drehzahlsynchronisierung führt die Neigung der Anschlagflächen in diesem Winkelbereich zu einer gewünschten Verringerung des Einspurmoments, was zu einem leichtgängigeren Durchschalten der Synchronisationseinheit und damit zu einem erhöhten Schaltkomfort führt.
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Im eingebauten Zustand des Synchronrings sind der Konusring und der Sperrring vorzugsweise sowohl in axialer Richtung als auch in Umfangsrichtung relativ zueinander begrenzt bewegbar. Die begrenzte axiale Relativbewegung führt dazu, dass eine Reibverbindung der Synchronisationseinheit auch dann ohne Selbsthemmungseffekte gelöst werden kann, wenn der erste Konuswinkel im Bereich der Selbsthemmung liegt. Zusammen mit der begrenzten Relativbewegung in Umfangsrichtung wird zudem eine vorteilhafte Absenkung des Einspurmoments nach der Drehzahlsynchronisierung erreicht.
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Der Sperrring kann hierbei einen axialen Anschlag für den Konusring aufweisen, sodass der Konusring relativ zum Sperrring axial bewegbar ist zwischen einer Andruckstellung, in welcher die zweite Konusfläche des Konusrings an der konischen Gegenfläche des Sperrrings anliegt, und einer gelüfteten Anschlagstellung, in welcher der Konusring am axialen Anschlag des Sperrrings anliegt. Besonders bevorzugt wird der Anschlag durch Verprägungen am Sperrring gebildet, welche in Aussparungen am Konusring eingreifen. Auf diese Weise lässt sich eine begrenzte axiale Relativbewegung zwischen dem Sperrring und dem Konusring mit geringem konstruktiven Aufwand realisieren.
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Im Übrigen umfasst die Erfindung auch eine Synchronisationseinheit eines Schaltgetriebes, mit einem Synchronkörper, der drehfest auf einer Getriebewelle angebracht und um eine Getriebeachse drehbar ist, einer Schaltmuffe, die relativ zum Synchronkörper drehfest, aber axial verschieblich angeordnet ist, einem oben beschriebenen Synchronring zur Kopplung des Synchronkörpers mit einem Gangrad des Schaltgetriebes über eine Reibverbindung, sowie einem Reibkonus, der fest mit dem Gangrad verbunden ist und mit dem Konusring des Synchronrings in Reibkontakt treten kann, wobei der erste Konuswinkel des Konusrings im Wesentlichen einem Konuswinkel des Reibkonus entspricht. Dadurch wird die Reibfläche für die Reibverbindung und dementsprechend auch das erreichbare Reibmoment der Reibverbindung maximiert.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. In diesen zeigen:
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1 einen Längsschnitt durch eine Synchronisationseinheit eines Schaltgetriebes mit einem herkömmlichen Synchronring gemäß dem Stand der Technik;
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2 zwei schematische Längsschnittdetails eines erfindungsgemäßen Synchronrings für die Synchronisationseinheit gemäß 1 in einer Sperrstellung der Synchronisationseinheit;
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3 zwei schematische Ansichtsdetails des Synchronrings gemäß 2;
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4 zwei schematische Längsschnittdetails des erfindungsgemäßen Synchronrings für die Synchronisationseinheit gemäß 1 in einer Neutralstellung der Synchronisationseinheit;
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5 zwei schematische Ansichtsdetails des Synchronrings gemäß 4;
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6 zwei schematische Längsschnittdetails des erfindungsgemäßen Synchronrings für die Synchronisationseinheit gemäß 1 in einer Schaltstellung der Synchronisationseinheit; und
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7 zwei schematische Ansichtsdetails des Synchronrings gemäß 6.
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Die 1 zeigt eine Synchronisationseinheit 10 eines Schaltgetriebes 12, mit einem Synchronkörper 14, der drehfest auf einer Getriebewelle 16 angebracht und um eine Getriebeachse A drehbar ist, sowie einer Schaltmuffe 18, die relativ zum Synchronkörper 14 drehfest, aber axial verschieblich angeordnet ist. Die Synchronisationseinheit 10 umfasst ferner einen herkömmlichen Synchronring 20' gemäß dem Stand der Technik zur Kopplung des Synchronkörpers 14 mit einem Gangrad 22 des Schaltgetriebes 12 über eine Reibverbindung, wobei der Synchronring 20' in Umfangsrichtung 48 mit dem Synchronkörper 14 gekoppelt, aber begrenzt verdrehbar ist. Ferner ist ein Reibkonus 24 vorgesehen, der fest mit dem Gangrad 22 verbunden ist und mit dem Synchronring 20' in Reibkontakt treten kann. Der Reibkonus 24 ist beispielsweise Teil eines Kupplungskörpers 28, der gemäß 1 außer dem Reibkonus 24 noch eine Schaltverzahnung 30 aufweist.
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Die dargestellte Synchronisationseinheit 10 des Schaltgetriebes 12 ist eine Einfachkonus-Sperrsynchronisierung nach dem BorgWarner-Prinzip, deren Bauart und Funktionsweise aus dem Stand der Technik bereits hinlänglich bekannt ist, sodass darauf im Folgenden nur kurz eingegangen wird:
Die Synchronisationseinheit 10 befindet sich gemäß 1 in einer Neutralstellung, in welcher die Schaltmuffe 18 durch eine Vorsynchroneinheit 26 axial mittig zum Synchronkörper 14 gehalten ist.
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Beim Aufbringen einer axialen Schaltkraft auf die Schaltmuffe 18 zu Beginn eines Schaltvorgangs wird der Synchronring 20' über die Vorsynchroneinheit 26 axial gegen den gangradseitigen Reibkonus 24 gedrückt.
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Bei einem Reibkontakt zwischen dem Synchronring 20' und dem Reibkonus 24 verdreht sich der Synchronring 20' relativ zum Synchronkörper 14 in eine Sperrstellung, in der eine Sperrverzahnung 32' des Synchronrings 20' ein axiales Durchschalten der Schaltmuffe 18 auf die Schaltverzahnung 30 verhindert.
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Erst nach einer Drehzahlsynchronisierung zwischen dem Synchronkörper 14 und dem Gangrad 22 reicht das aus der aufgebrachten axialen Schaltkraft resultierende Entsperrmoment aus, um eine Verzahnung der Schaltmuffe 18 unter Verdrehung des Synchronrings 20' axial an der Sperrverzahnung 32' des Synchronrings 20' vorbeizuschieben und anschließend auf die Schaltverzahnung 30 des Kupplungskörpers 28 durchzuschalten.
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In dieser Schaltstellung der Synchronisationseinheit 10 ist dann der Synchronkörper 14 über die Schaltmuffe 18 formschlüssig und im Wesentlichen drehfest mit dem Gangrad 22 verbunden.
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Um beim Lösen der Reibverbindung zwischen dem Synchronring 20' und dem Reibkonus 24 Selbsthemmungseffekte zu vermeiden, durfte bisher ein Konuswinkel des Synchronrings 20' bzw. des Reibkonus 24 einen Grenzwinkel von etwa 5° bis 7° nicht unterschreiten. Da das bei der Drehzahlsynchronisation erreichbare Reibmoment für eine vorgegebene Schaltkraft mit kleiner werdendem Konuswinkel ansteigt, wurde der Konuswinkel bisher zumeist knapp oberhalb des Grenzwinkels gewählt, um einerseits Selbsthemmungseffekte zu verhindern und andererseits ein möglichst hohes Reibmoment zur Drehzahlsynchronisierung bereitzustellen.
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Um das Reibmoment bei zuverlässiger Verhinderung der Selbsthemmung weiter anzuheben und darüber hinaus ein möglichst geringes Einspurmoment der Synchronisationseinheit 10 zu erreichen, wird im Folgenden der aus dem Stand der Technik bekannte Synchronring 20' gemäß 1 durch einen erfindungsgemäßen Synchronring 20 gemäß den 2 bis 7 ersetzt. Die prinzipielle Konstruktion und Funktionsweise der Synchronisationseinheit 10 ändert sich dadurch nicht, sodass diesbezüglich explizit auf die Ausführungen zu 1 hingewiesen und im Folgenden lediglich auf strukturelle und funktionale Unterschiede eingegangen wird.
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Die 2 und 3 zeigen den Synchronring 20 für die Synchronisationseinheit 10 des Schaltgetriebes 12 in einer Sperrstellung der Synchronisationseinheit 10, wobei die 2a und 2b jeweils einen schematischen Schnitt durch den Synchronring 20 und die 3a bzw. 3b jeweils ein zugehöriges, schematisches Ansichtsdetail des Synchronrings 20 zeigen.
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Entsprechend ist der Synchronring 20 in den 4 und 5 in einer Neutralstellung und in den 6 und 7 in einer Schaltstellung der Synchronisationseinheit 10 gezeigt, wobei in den 4a und 4b bzw. 6a und 6b jeweils ein schematischer Schnitt durch den Synchronring 20 und in den 5a und 5b bzw. 7a und 7b jeweils ein zugehöriges, schematisches Ansichtsdetail des Synchronrings 20 dargestellt ist.
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Der Synchronring 20 umfasst einen Sperrring 34, der eine mit der Getriebeachse A identische Ringachse A und eine Sperrverzahnung 32 aufweist, sowie einen koaxial zum Sperrring 34 angeordneten, separaten Konusring 36, der eine erste Konusfläche 38 mit einem ersten Konuswinkel α und eine radial entgegengesetzte zweite Konusfläche 40 mit einem zweiten Konuswinkel β aufweist, wobei die erste Konusfläche 38 im eingebauten Zustand des Synchronrings 20 gemäß 1 an den gangradseitigen Reibkonus 24 der Synchronisationseinheit 10 und die zweite Konusfläche 40 an eine konische Gegenfläche 42 des Sperrrings 34 angrenzt.
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Die Kopplung des Sperrrings 34 und des Konusrings 36 in Umfangsrichtung 48 ist in den 2a und 3a, 4a und 5a sowie 6a und 7a dargestellt.
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Gemäß den 3a, 5a und 7a weisen der Sperrring 34 und der Konusring 36 einander zugeordnete Anschlagflächen 44, 46 auf, welche den Sperrring 34 und den Konusring 36 in Umfangsrichtung 48 koppeln, wobei die Anschlagflächen 44, 46 des Sperrrings 34 und/oder des Konusrings 36 relativ zur Ringachse A zumindest abschnittsweise so geneigt sind, dass die zweite Konusfläche 40 und die konische Gegenfläche 42 bei einem zwischen dem Sperrring 34 und dem Konusring 36 wirkenden Drehmoment axial voneinander weg beaufschlagt sind.
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Der Sperrring 34 umfasst im vorliegenden Ausführungsbeispiel einen radialen Bund 50 mit über den Ringumfang gleichmäßig verteilten Ausnehmungen 52, wobei jede Ausnehmung 52 in Umfangsrichtung 48 begrenzt ist durch gegenüberliegende Anschlagflächen 44, die jeweils mit einer zugeordneten Anschlagfläche 46 des Konusrings 36 zusammenwirken können. Entsprechend umfasst der Konusring 36 über den Ringumfang gleichmäßig verteilte axiale Fortsätze 54, wobei jeder Fortsatz in Umfangsrichtung 48 entgegengesetzte Anschlagflächen 46 aufweist, die jeweils mit einer zugeordneten Anschlagfläche 44 des Sperrrings 34 zusammenwirken können.
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Aus den 2a, 4a und 6a geht hervor, dass sich der Konusring 36 von einem ersten axialen Ringende 56 zu einem zweiten axialen Ringende 58 hin konisch verjüngt, wobei die axialen Fortsätze 54 des Konusrings 36 am zweiten axialen Ringende 58 ausgebildet sind und jeweils in eine Ausnehmung 52 des Sperrrings 34 eingreifen.
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Die 3a, 5a und 7a zeigen jeweils den Kopplungsbereich der 2a, 4a bzw. 6a von „unten“, d.h. in Bezug auf die Ringachse A radial von innen nach außen gesehen. Dabei wird deutlich, dass sich die axialen Fortsätze 54 des Konusrings 36 in axialer Richtung 60 zu einem freien Ende 62 der Fortsätze 54 hin verjüngen. Mit anderen Worten laufen die entgegengesetzten Anschlagflächen 46 jedes axialen Fortsatzes 54 zu ihrem freien Fortsatz-Ende 62 hin aufeinander zu. Um die Flächenpressungen bei einem Drehmoment zwischen dem Sperrring 34 und dem Konusring 36 gering zu halten, sind die Anschlagflächen 44 des Sperrrings 34 jeweils parallel zu den angrenzenden Anschlagflächen 46 des Konusrings 36 ausgebildet. Ferner schließen die Anschlagflächen 44 des Sperrrings 34 und die Anschlagflächen 46 des Konusrings 36 mit der Ringachse A einen Neigungswinkel γ ein, wobei gilt: 5° ≤ γ ≤ 20°, insbesondere γ ≈ 10°. Für die gewünschte Funktion des Synchronrings 20 würde es prinzipiell ausreichen, wenn nur die Anschlagflächen 44 des Sperrrings 34 oder nur die Anschlagflächen 46 des Konusrings 36 mit der Ringachse A den Neigungswinkel γ einschließen, während die jeweils anderen Anschlagflächen 46 bzw. 44 parallel zur Ringachse A verlaufen.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Geometrie der Ausnehmungen 52 des Sperrrings 34 und der axialen Fortsätze 54 des Konusrings 36 so gewählt, dass der Sperrring 34 und der Konusring 36 ohne eine axiale Relativbewegung relativ zueinander in Umfangsrichtung 48 formschlüssig und je nach axialer Relativposition weitgehend drehfest miteinander gekoppelt sind.
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Sofern jedoch eine axiale Relativbewegung zwischen dem Sperrring 34 und dem Konusring 36 möglich ist, können die einander zugeordneten Anschlagflächen 44, 46 bei einem zwischen dem Sperrring 34 und dem Konusring 36 wirkenden Drehmoment aneinander entlang gleiten, wodurch sich der Bund 50 des Sperrrings 34 axial vom Konusring 36 entfernt und gegenüber dem Konusring 36 in Umfangsrichtung 48 etwas verdreht. Dadurch wird der Konusring 36 nicht mehr radial nach außen abgestützt und kann vom Reibkonus 24 gelöst werden.
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Das zwischen dem Sperrring 34 und dem Konusring 36 wirkende Drehmoment ist insbesondere ein Schleppmoment in der sogenannten „Freiflugphase“ der Synchronisationseinheit 10 oder ein durch die Schaltkraft hervorgerufenes Einspurmoment, durch welches der Synchronring 20 relativ zum gangradseitigen Reibkonus 24 verdreht wird.
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Aufgrund der geneigten Anschlagflächen 44, 46 des Sperrrings 34 und des Konusrings 36 lässt sich die Synchronisationseinheit 10 nach der Drehzahlsynchronisierung durch eine Relativbewegung zwischen dem Sperrring 34 und dem Konusring 36 lösen, sodass sich ein besonders geringes Einspurmoment ergibt.
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Bei axial ausgerichteten Anschlagflächen 44, 46, das heißt einem Neigungswinkel γ = 0°, würde weder durch das Schleppmoment noch durch das Einspurmoment eine Axialkraftkomponente entstehen, welche den Sperrring 34 vom Konusring 36 löst und die radiale Abstützung des Konusrings 36 wegnimmt. Entsprechend muss zum Lösen der Synchronisationseinheit 10 durch ein Verdrehen des Synchronrings 20 relativ zum Gangrad 22, die Selbsthemmung zwischen dem Konusring 36 und dem gangradseitigen Reibkonus 24 überwunden werden. Das hierzu erforderliche Einspurmoment ist gegenüber einer Ausführung mit geneigten Anschlagflächen 44, 46 deutlich erhöht, was sich negativ auf den Schaltkomfort der Synchronisationseinheit 10 auswirkt.
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Die 2b, 4b und 6b zeigen analog zu den 2a, 4a bzw. 6a jeweils einen schematischen Längsschnitt durch den Synchronring 20, allerdings im Bereich eines axialen Anschlags 64, der eine axiale Relativbewegung zwischen dem Sperrring 34 und dem Konusring 36 auf ein vorbestimmbares Maß s begrenzt.
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Entsprechend zeigen die 3b, 5b und 7b analog zu den 3a, 5a bzw. 7a eine Ansicht des Synchronrings 20 im Schnittbereich der 2b, 4b bzw. 6b von „unten“, also in Bezug auf die Ringachse A radial von innen nach außen gesehen.
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Der axiale Anschlag 64 schränkt die Relativbewegung zwischen dem Sperrring 34 und dem Konusring 36 ein, sodass im eingebauten Zustand des Synchronrings 20 gemäß 1 der Konusring 36 und der Sperrring 34 in axialer Richtung 60 und in Umfangsrichtung 48 relativ zueinander lediglich begrenzt bewegbar sind.
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Gemäß den 2b, 4b und 6b wird der axiale Anschlag 64 durch Verprägungen am Sperrring 34 gebildet, sodass der Konusring 36 relativ zum Sperrring axial bewegbar ist zwischen einer Andruckstellung, in welcher die zweite Konusfläche 40 des Konusrings 36 an der konischen Gegenfläche 42 des Sperrrings 34 anliegt (2b), und einer gelüfteten Anschlagstellung, in welcher der Konusring 36 am axialen Anschlag 64 des Sperrrings 34 anliegt (4b und 6b). Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Konusring 36 am ersten axialen Ringende 56 Aussparungen 66 auf, in welche die als axialer Anschlag 64 dienenden Verprägungen des Sperrrings 34 eingreifen (3b, 5b und 7b).
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In einer Neutralstellung der Synchronisationseinheit 10 gemäß den 4 und 5 ist der Konusring 36 relativ zum Sperrring 34 zwischen der Andruckstellung und der gelüfteten Anschlagstellung axial frei beweglich sowie in Umfangsrichtung 48 begrenzt verdrehbar, wobei die Verdrehbarkeit von der axialen Relativposition abhängt. So weisen Konusring 36 und der Sperrring 34 gegenüber der Andruckstellung, in welcher sie kaum verdrehbar, sondern vorzugsweise nahezu drehfest verbunden sind (siehe 3a), in der gelüfteten Anschlagstellung ein größeres Spiel in Umfangsrichtung 48 auf (siehe 5a und 7a).
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In einer Sperrstellung der Synchronisationseinheit 10 gemäß den 2 und 3 werden der Sperrring 34 und der Konusring 36 von der aufgebrachten, axialen Schaltkraft in die Andruckstellung beaufschlagt, in welcher sie sich über einander zugeordnete Anschlagflächen 44, 46 der Ausnehmungen 52 und Fortsätze 54 in Umfangsrichtung 48 so aneinander abstützen, dass die Sperrverzahnung 32 des Synchronrings 20 ein Durchschalten der Schaltmuffe 18 auf die Schaltverzahnung 30 des Kupplungskörpers 28 sperrt (siehe 3a).
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Wie bereits oben beschrieben, lässt sich die Synchronisationseinheit 10 nach erfolgter Drehzahlsynchronisierung durch eine Relativbewegung zwischen dem Sperrring 34 und dem Konusring 36 lösen. Ausgehend von der Andruckstellung des Synchronrings 20 in der Sperrstellung der Synchronisationseinheit 10 gleiten die einander zugeordneten Anschlagflächen 44, 46 aneinander entlang, bis der Sperrring 34 und der Konusring 36 die gelüftete Anschlagstellung gemäß den 6 und 7 einnehmen. In dieser Position kann sich der Konusring 36 vom gangradseitigen Reibkonus 24 lösen, sodass der Synchronring 20 relativ zum Gangrad 22 verdreht und die Schaltmuffe 18 in die gangradseitige Kupplungsverzahnung 30 durchgeschaltet werden kann. Die Synchronisationseinheit 10 befindet sich dann in ihrer sogenannten Schaltstellung.
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Mit Blick auf die 2, 4 und 6 fällt auf, dass der ersten Konuswinkel α kleiner ist als der zweite Konuswinkel β des Konusrings 36. Da die erste Konusfläche 38 eine radiale Innenseite und die zweite Konusfläche 40 eine radiale Außenseite des Konusrings 36 bildet, verjüngt sich der Konusring 36 an seiner radialen Außenseite stärker als an seiner radialen Innenseite, sodass sich ein keilförmiger Ringquerschnitt ergibt.
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Vorzugsweise gilt für den ersten Konuswinkel α der ersten Konusfläche 38 │α│ < 5°, insbesondere │α│ ≈ 3° und für den zweiten Konuswinkel β der zweiten Konusfläche 40 │β│ > 6°, insbesondere │β│ ≈ 10°.
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Im Übrigen entspricht der erste Konuswinkel α des Konusrings 36 im Wesentlichen einem Konuswinkel des gangradseitigen Reibkonus 24, während der zweite Konuswinkel β des Konusrings 36 im Wesentlichen einem Konuswinkel der konischen Gegenfläche 42 des Sperrrings 34 entspricht.
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Der Konusring 36 ist ein Metallteil, beispielsweise ein Blechring, wobei eine dem Reibkonus 24 zugewandte Konusfläche des Blechrings mit einem ringförmigen Reibbelag 68, insbesondere einem Karbon- oder Sinterreibbelag beschichtet ist, um das erreichbare Reibmoment zu maximieren. Die erste Konusfläche 38 des Konusrings 36 wird in diesem Fall von der an den gangradseitigen Reibkonus 24 angrenzenden Konusfläche des Reibbelags 68 gebildet. Die unterschiedlichen Konuswinkel α, β lassen sich dann konkret durch einen keilförmigen Ringquerschnitt des Blechrings (siehe 2a und 2b) und/oder einen keilförmigen Ringquerschnitt des Reibbelags 68 realisieren.
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Um die Reibverbindung zwischen dem Konusring 36 und dem Reibkonus 24 bei Bedarf einfacher lösen zu können, ist der Konusring 36 als in Umfangsrichtung 48 offener C-Ring oder als mehrteiliger Segmentring mit mehreren separaten Ringsegmenten ausgebildet. Der Sperrring 34 ist hingegen ein in Umfangsrichtung 48 geschlossener, stabiler Metallring.
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In Bezug auf die anhand von 1 erläuterte Funktionsweise der Synchronisationseinheit 10 ergeben sich durch den Synchronring 20 gemäß den 2 bis 7 die nachfolgenden Vorteile:
Der erste Konuswinkel α des Konusrings 36 kann sehr klein gewählt werden und insbesondere im Bereich der Selbsthemmung liegen, wodurch das erreichbare Reibmoment der Synchronisationseinheit 10 deutlich ansteigt.
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Obwohl der erste Konuswinkel α unter Umständen im Bereich der Selbsthemmung liegt, treten beim Lösen der Reibverbindung zwischen dem Konusring 36 und dem Reibkonus 24 keine unerwünschten Selbsthemmungseffekte auf. Das Lösen der Reibverbindung erfolgt nämlich durch eine Relativbewegung zwischen dem Sperrring 34 und dem Konusring 36. Dabei gleitet die zweite Konusfläche 40 mit dem zweiten Konuswinkel β an der konischen Gegenfläche 42 des Sperrrings 34, wobei der zweite Konuswinkel β nicht im Bereich der Selbsthemmung liegt.
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Schließlich ergibt sich aufgrund der geneigten Anschlagflächen 44, 46 des Sperrrings 34 und/oder des Konusrings 36 nach einer Drehzahlangleichung zwischen der Getriebewelle 16 und dem Gangrad 22 ein besonders geringes Einspurmoment der Synchronisationseinheit 10, was zu einem besonders hohen Schaltkomfort des Schaltgetriebes 12 führt.
