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Die Erfindung betrifft einen Synchronring sowie eine Synchronisationseinheit für ein Getriebe.
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Bei einem Schaltvorgang in einem Getriebe wird ein Synchronkörper, der drehfest auf einer Welle gelagert ist, über eine Schiebemuffe mit einem als Losrad auf der Welle angeordneten Gangrad verbunden. Zur Synchronisation des Schaltvorgangs sind Synchronisationseinheiten nach dem weit verbreiteten BorgWarner-Prinzip so aufgebaut, dass ein Synchronring mit einer Sperrverzahnung vorgesehen ist, der in Umfangsrichtung begrenzt beweglich am Synchronkörper fixiert ist. Wenn über die Schiebemuffe eine axiale Schaltkraft auf den Synchronring aufgebracht wird, wird dieser gegen eine mit dem Gangrad gekoppelte Reibfläche gepresst, um die Drehzahlen von Synchronkörper und Gangrad anzugleichen. Durch die in Umfangsrichtung wirkende Reibkraft wird bei der Vorsynchronisation der Synchronring gegenüber dem Synchronkörper verdreht, sodass die Verzahnung des Synchronrings eine weitere Axialbewegung der Schiebemuffe zunächst sperrt. Mit Erreichen des Gleichlaufs lässt sich der Synchronring in Umfangsrichtung zurückstellen, und die Schiebemuffe kann in die Verzahnung des Gangrads eingespurt werden.
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Das Reibmoment einer Synchronisationseinheit steigt an, wenn sich der Konuswinkel der Reibfläche verringert. Jedoch kommt es ° zu unerwünschten Selbsthemmungseffekten, die das Lösen der beiden Reibflächen voneinander erschweren, wenn der Reibwert µ unterhalb des Tangens des Konuswinkels liegt. Dies kann (materialabhängig) bei einem Winkel unterhalb von ca. 6–7° der Fall sein. Die Reibverbindung lässt sich dann nicht mehr ohne äußeren Kraftaufwand lösen, was zu einem verringerten Schaltkomfort führt. Daher werden normalerweise größere Konuswinkel eingesetzt, bei denen dieser Effekt vermieden wird. Jedoch ist hierdurch die erreichbare Synchronkapazität bzw. Schaltkraftverstärkung der Synchronisationseinheit begrenzt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine derartige bekannte Synchronisationseinheit zu optimieren und einen Synchronring bereitzustellen, der unter Vermeidung von Selbsthemmungseffekten ein großes Reibmoment ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Synchronring, genauer gesagt einer aus mehreren Teilen bestehenden Synchronringeinheit, für eine Synchronisationseinheit eines Getriebes gelöst, mit einem eine Sperrverzahnung aufweisenden Sperrring und einem separaten, sich bei Drehung aufweitenden Konusring, der koaxial zum Sperrring und radial innerhalb des Sperrrings angeordnet sowie drehfest mit dem Sperrring gekoppelt ist. Der Konusring weist an einer radial inneren Umfangsseite eine erste, als Reibfläche ausgebildete Konusfläche mit einem ersten Konuswinkel und an einer radial äußeren Umfangsseite eine zweite Konusfläche mit einem zweiten Konuswinkel auf, der größer ist als der erste Konuswinkel. Im eingebauten Zustand in Neutralstellung des Synchronrings grenzt die erste Konusfläche an eine Reibfläche an, und die zweite Konusfläche grenzt an eine Gegenkonusfläche am Sperrring an. An der radial äußeren Umfangsseite ist an einem ersten axialen Ende des Konusrings wenigstens eine erste Führungsfläche vorgesehen, die in einer Neutralstellung des Synchronrings im eingebauten Zustand an einer ersten Gegenfläche am Sperrring anliegt. Die erste Führungsfläche und die erste Gegenfläche sind so ausgebildet, dass sie in Neutralstellung auf gedachten Zylinderflächen mit im Wesentlichen gleicher Krümmung liegen. Die zweite Konusfläche ist in der Neutralstellung von der Gegenkonusfläche beabstandet.
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Diese Neutralstellung nimmt der Synchronring in einem in Axialrichtung unbelasteten Zustand ein, also ohne Aufbringen einer Schaltkraft. Dabei dreht sich der Synchronring mit dem Synchronkörper. Auf den mehrteiligen Konusring wirken Fliehkräfte, die diesen nach außen beaufschlagen. Die zweite Konusfläche und die Gegenkonusfläche am Konusring und am Sperrring sind beabstandet voneinander, sodass sie in dieser Stellung keinerlei in Axialrichtung wirkende Kraft auf den Konusring übertragen können und keine Fliehkräfte auf eine Konusfläche wirkt, was zu einer Axialverschiebung führen würde. Der Kontakt zwischen dem Konusring und dem Sperrring erfolgt über die erste Führungsfläche und die erste Gegenfläche. Diese erzeugen aber aufgrund ihrer kreiszylindrischen Krümmung keine axiale Kraftkomponente, sodass der Konusring an seiner axialen Position verharrt. Eine axiale Bewegung des Konusrings gegenüber dem Sperrring wird auf diese Weise sicher verhindert.
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Im Idealzustand sind in der Neutralstellung die zweite Konusfläche und die Gegenkonusfläche komplett über ihre gesamte Fläche voneinander getrennt, und der Konusring liegt am Sperrring lediglich über kreiszylindrisch geformte Flächen an. Es ist jedoch ausreichend, wenn die zweite Konusfläche von der Gegenkonusfläche zu einem Maß beabstandet ist, bei dem die im System herrschenden Reibungskräfte, die den Konusring in Axialrichtung am Sperrring zurückhalten, größer sind als die über die Fliehkraft durch die Gegenkonusfläche auf den Konusring übertragenen Axialkräfte. Der ausreichende Abstand beträgt vorzugsweise maximal einige Zehntel Millimeter, es kann auch ausreichend sein, wenn die zweite Konusfläche und die Gegenkonusfläche im Mittel nur wenige Hundertstel Millimeter voneinander beabstandet sind. Dabei ist es möglich, dass sich die beiden Flächen an Oberflächenunebenheiten oder auch entlang von Punkt- oder Linienberührungen aufgrund der Toleranzen der Fertigung der beiden Bauteile bzw. aufgrund von fliehkraftbedingten Verformungen berühren. Es ist nur zu vermeiden, dass eine flächige Anlage der zweiten Konusfläche und der Gegenkonusfläche vorliegt, die eine Krafterzeugung hervorruft, die eine Axialbewegung des Konusrings zur Folge hätte.
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Durch die Anlage der ersten Führungsfläche und der ersten Gegenfläche aneinander wird eine weitere Relativverschiebung des Konusrings gegenüber dem Sperrring in Axialrichtung nach Erreichen der Neutralstellung nach einem sehr kurzen axialen Weg sicher verhindert. Auf zusätzliche Anschläge zur Begrenzung der Bewegung des Konusrings gegenüber dem Sperrring kann verzichtet werden, was die Baulänge verringert und die Fertigung vereinfacht.
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Während eines Schaltvorgangs wirken die zweite Konusfläche und die Gegenkonusfläche in einer Kontaktposition zusammen und liegen aneinander an, solange eine Kraftübertragung zwischen dem Synchronkörper, dem Synchronring und dem Gangrad erfolgt.
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Zwischen der Kontaktposition, in der die zweite Konusfläche an der Gegenkonusfläche anliegt, und der Neutralstellung ist vorzugsweise ein axialer Weg von etwa 0,1 bis 1,0 mm, insbesondere etwa 0,2 mm bis 0,5 mm möglich, innerhalb dem eine Relativbewegung zwischen Sperrring und Konusring stattfinden kann.
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Die erste Führungsfläche und die erste Gegenfläche sind dabei so ausgebildet, dass sich bei einer geringfügigen Axialverschiebung aus der Kontaktposition der ersten Führungsfläche gegenüber der ersten Gegenfläche bevorzugt in Richtung eines gangradseitigen Axialendes des Sperrrings sich die zweite Konusfläche von der Gegenkonusfläche löst. Es reicht also eine sehr geringe Axialverschiebung, bis die zweite Konusfläche und die Gegenkonusfläche außer Eingriff kommen und der Konusring und der Sperrring in Axialrichtung nur noch über Führungsflächen, die auf Kreisflächen liegen, gekoppelt sind.
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Der Betrag des ersten Konuswinkels ist vorzugsweise etwa zwischen 2° und 6° gewählt, während der Betrag des zweiten Konuswinkels etwa zwischen 6° und 12° und insbesondere bei etwa 7°–10° liegen kann. Die erfindungsgemäße Gestaltung erlaubt dabei, für die erste Reibfläche an der radialen Innenseite des Konusrings, die die eigentliche Synchronisationskraft überträgt, einen kleinen Konuswinkel zu wählen, der bereits im Bereich der Selbsthemmung liegt. Der Konusring löst sich nach Beendigung des Synchronisationsvorgangs aufgrund seiner mehrteiligen Ausbildung durch eine geringförmige Verformung unter den herrschenden Fliehkräften ohne weitere Maßnahmen wieder von der gangradseitigen Reibfläche. Um dieses Löseverhalten zu unterstützen und auch um eine Übertragung von Axialkräften in der Neutralstellung nach Möglichkeit bereits bei geringfügigsten Abständen zwischen der zweiten Konusfläche und der Gegenkonusfläche zu verhindern, sind vorzugsweise die zweite Konusfläche und die Gegenkonusfläche nicht als Reibflächen ausgebildet.
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Eine kompakte Bauweise wird dadurch ermöglicht, dass in der Kontaktposition bei Anlage der zweiten Konusfläche an der Gegenkonusfläche das gangradseitige Ende des Konusrings gegenüber dem gangradseitigen Ende des Sperrrings axial zurückgesetzt ist, insbesondere um etwa 0,1 bis 1,0 mm. Auf diese Weise steht dem Konusring ein ausreichender Bewegungsspielraum in Axialrichtung bis zum Erreichen der Neutralstellung zur Verfügung, ohne dass der Konusring über das gangradseitige Ende des Sperrrings in einen normalerweise vorgesehenen Verschleißreserveraum zwischen Synchronring und Gangradverzahnung hineinragt. In der Neutralstellung können in Axialrichtung der Sperrring und der Konusring am gangradseitigen Ende bündig miteinander abschließen.
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Eine ausreichende Beweglichkeit des Konusrings in Radialrichtung bei gleichzeitig zuverlässiger Reibwirkung lässt sich mit einem in mehrere separate, in Neutralstellung umfangsmäßig voneinander beabstandete Ringsegmente unterteilten Konusring erreichen, wobei sich als günstig erwiesen hat, drei Ringsegmente vorzusehen. Eine andere Anzahl von Ringsegmenten und eventuell die Verwendung eines geschlitzten Konusrings wäre aber auch denkbar.
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Das erste axiale Ende des Konusrings, an dem die erste Führungsfläche ausgebildet ist, ist vorzugsweise ein gangradseitiges Ende des Konusrings. In diesem Fall liegt die erste Führungsfläche an dem Ende des Konusrings mit dem größeren Radius. Die erste Gegenfläche ist dann entsprechend an einem gangradseitigen Endes des Sperrrings angeordnet. Diese Anordnung kombiniert die Möglichkeit, eine breite Reibfläche am Konusring auszubilden mit einer guten Verschiebesicherung des Konusrings gegenüber dem Sperrring in axialer Richtung.
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Die erste Führungsfläche schließt bevorzugt unmittelbar an die zweite Konusfläche an, um eine möglichst breite Reibfläche am Konusring realisieren zu können. Entsprechend kann die Gegenkonusfläche unmittelbar an die erste Gegenfläche anschließen.
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Vorzugsweise ist die erste Führungsfläche kreiszylindrisch und im Wesentlichen umfangsmäßig geschlossen ausgebildet, wobei bei segmentierten Konusringen dabei die durch die Segmentgrenzen bedingten Spalte ausgenommen sind. Die erste Gegenfläche kann vollständig zylindrisch umlaufend am Sperrring ausgebildet sein. Es ist auch möglich, die erste Gegenfläche z.B. an mehreren, über den Umfang verteilten, radial nach innen vorstehenden Segmenten des Sperrrings auszubilden, die auf einer kreiszylindrischen Fläche liegen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist an einem zweiten axialen, insbesondere synchronkörperseitigen Ende des Konusrings wenigstens eine zweite Führungsfläche am Konusring vorgesehen, die im eingebauten Zustand in Neutralstellung des Synchronrings an eine zweite Gegenfläche am Sperrring angrenzt. Die zweite Führungsfläche und die zweite Gegenfläche sind so ausgebildet, dass sie auf gedachten Kreiszylinderflächen mit im Wesentlichen gleicher Krümmung liegen. In ihrer Funktion unterstützen die zweiten Führungsflächen und zweiten Gegenflächen die Wirkung des Aneinanderliegens der ersten Führungsfläche und der ersten Gegenfläche bei der Verhinderung einer axialen Bewegung des Konusrings gegenüber dem Sperrring aus der Neutralstellung.
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Am Konusring sind beispielsweise mehrere über den Umfang verteilte Mitnahmevorsprünge ausgebildet, die jeweils in eine Aussparung am Sperrring eingreifen und über die der Konusring drehfest mit dem Sperrring verbunden ist. Über diese an sich bekannte Anordnung lässt sich auf einfache und kostengünstige Weise die drehfeste Kopplung von Konusring und Sperrring erreichen. An jedem der drei Ringsegmente des Konusrings können zwei Mitnahmevorsprünge vorgesehen sein.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist an allen Mitnahmevorsprüngen jeweils eine zweite Führungsfläche und an den korrespondierenden Aussparungen jeweils eine zweite Gegenfläche ausgebildet, sodass kein zusätzlicher Bauraum für die Bereitstellung der zweiten Führungsflächen und zweiten Gegenflächen bereitgestellt werden muss.
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Die die Mitnahmevorsprünge in Umfangsrichtung begrenzenden Ränder und die die Aussparungen in Umfangsrichtung begrenzenden Ränder verlaufen dabei vorzugsweise ohne eine Neigung gegenüber der Axialrichtung, sodass bei Einwirken einer Umfangskraft zwischen Konusring und Sperrring keine Axialkraft auf den Konusring einwirkt.
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Zwischen den Mitnahmevorsprüngen und den Aussparungen ist möglichst nur ein geringes Spiel in Umfangsrichtung vorgesehen, das im Bereich von Fertigungstoleranzen liegen kann, da eine Relativbewegung in Umfangsrichtung von Konusring und Sperrring nicht notwendig ist.
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Sowohl der Konusring als auch der Sperrring können als einfache Stanz-Biegeteile aus einem geeigneten Metallblech ausgeführt sein. Die erste Reibfläche an der radial inneren Umfangsseite des Konusrings lässt sich als beliebige herkömmliche Reibfläche, beispielsweise unter Verwendung eines Reibbelags, ausbilden.
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Erfindungsgemäß ist auch eine Synchronisationseinheit für ein Getriebe vorgesehen, die ein Gangrad mit einer Reibfläche aufweist, sowie einen mehrteiligen Synchronring, wie er oben beschrieben wurde, der um einen vorgegebenen Winkel verdrehbar mit einem Synchronkörper gekoppelt ist. Wie oben bereits beschrieben, ist in einer Neutralstellung des Synchronrings eine Axialbewegung des Konusrings gegenüber dem Sperrring insbesondere in Richtung zum Gangrad auf einen sehr kurzen Weg begrenzt, bis die erste Führungsfläche des Konusrings an der ersten Gegenfläche am Sperrring in Anlage ist und sich die zweite Konusfläche von der Gegenkonusfläche gelöst hat. Dieser Weg ist insbesondere deutlich kleiner als der Abstand zwischen dem Sperrring und dem Gangrad in Axialrichtung in der Neutralstellung des Synchronrings und in einer Stellung des Sperrrings, in der dieser nicht durch eine Schaltkraft in Axialrichtung belastet ist.
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Selbstverständlich kann auf beiden Seiten des Synchronkörpers ein erfindungsgemäßer Synchronring vorgesehen sein.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben, mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine schematische Explosionsdarstellung einer erfindungsgemäßen Synchronisationseinheit mit einem erfindungsgemäßen Synchronring;
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2 und 3 jeweils eine schematische Explosionsdarstellung eines erfindungsgemäßen Synchronrings von dessen Gangradseite bzw. dessen Synchronkörperseite betrachtet;
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4 eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Synchronrings zwischen den Mitnahmevorsprüngen des Konusrings, in einer Kontaktposition von Konusring und Sperrring;
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5 eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Synchronrings auf Höhe eines Mitnahmevorsprungs des Konusrings, in einer Kontaktposition von Konusring und Sperrring;
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6 eine schematische Schnittansicht durch den Synchronring aus den 4 und 5 auf Höhe eines Mitnahmevorsprungs, in der Neutralstellung des Synchronrings;
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7 eine schematische Schnittansicht der erfindungsgemäßen Synchronisationseinheit aus 1 auf Höhe eines Druckstücks des Synchronkörpers; und
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8 eine schematische Schnittansicht der erfindungsgemäßen Synchronisationseinheit aus 1 neben einem Druckstück des Synchronkörpers.
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1 zeigt eine Synchronisationseinheit 10 mit einem Synchronkörper 12, der drehfest auf einer nicht dargestellten, sich in Axialrichtung A erstreckenden Welle angeordnet ist. Eine in Axialrichtung A bewegliche Schiebemuffe 14 greift mit einer Innenverzahnung in eine Außenverzahnung des Synchronkörpers 12 und kann entweder mit der Außenverzahnung eines ersten Gangrads 16 oder mit der eines zweiten Gangrads 18 in Eingriff gebracht werden (von den Gangrädern 16, 18 sind in 1 nur die jeweiligen, die Schaltverzahnung tragenden Kupplungskörper gezeigt).
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Am Synchronkörper 12 sind auf bekannte Weise über den Umfang verteilt mehrere Drückstücke 19 angeordnet, die in Radial- und Axialrichtung durch eine Bewegung der Schiebemuffe 14 auslenkbar sind.
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Im Folgenden ist meist nur der zum Gangrad 16 gehörige Teil der Synchronisationseinheit 10 näher beschrieben, der zum Gangrad 18 gehörige Teil ist aber identisch aufgebaut.
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In Axialrichtung A zwischen dem Synchronkörper 12 und dem Gangrad 16 liegt ein Synchronring 20.
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In diesem Beispiel besteht der Synchronring 20 aus einem Sperrring 22, der mit einer bekannten, radial außen liegenden Sperrverzahnung 24 versehen ist, sowie einem radial innerhalb des Sperrrings 22 angeordneten Konusring 26.
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Der Konusring 26 ist mehrteilig gestaltet und besteht hier aus drei separaten, in Umfangsrichtung U voneinander getrennten Ringsegmenten 26a, b, c.
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Der Konusring 26 hat an einer radial inneren Umfangsseite des Konusrings 26 eine erste Konusfläche 28. Die erste Konusfläche 28 ist als Reibfläche ausgebildet, hier durch das Aufbringen eines bekannten Reibbelags.
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Außerdem hat der Konusring 26 an einer radial äußeren Umfangsseite eine zweite Konusfläche 30.
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Die erste Konusfläche 28 schließt mit der Axialrichtung A einen ersten Konuswinkel α1 ein, der kleiner ist als ein zweiter Konuswinkel α2, den die zweite Konusfläche 30 mit der Axialrichtung A einschließt. Der erste Konuswinkel α1 liegt in dem hier gezeigten Beispiel etwa zwischen 2° und 6. Der zweite Konuswinkel α2 ist hingegen größer gewählt, und liegt hier zwischen etwa 6° und 12° liegen, und bevorzugt zwischen 7° und 10°.
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Der Sperrring 22 weist an einer radial inneren Umfangsseite eine Gegenkonusfläche 32 auf, die an die zweite Konusfläche 30 des Konusrings 26 angrenzt und die hier denselben Neigungswinkel aufweist wie die zweite Konusfläche 30. Dies ist insbesondere in den 4 und 5 zu erkennen. Um das Löseverhalten zu verbessern, wäre auch ein geringfügiger Winkelunterschied denkbar.
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Der Sperrring 22 ist umfangsmäßig geschlossen ausgebildet.
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Der Konusring 26 ist in Umfangsrichtung drehfest mit dem Sperrring 22 gekoppelt. Die Kopplung erfolgt hier durch mehrere, in Axialrichtung A vom Konusring 26 wegstehende Mitnahmevorsprünge 34, die jeweils in eine an einem gangradseitigen axialen Ende des Sperrrings 22 eingebrachte radiale Aussparung 36 eingreifen.
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In diesem Beispiel sind die die Mitnahmevorsprünge 34 sowie die die Aussparungen 36 in Umfangsrichtung U begrenzenden Ränder jeweils parallel zur Axialrichtung A verlaufend ohne Neigung bezüglich der Axialrichtung A ausgebildet und verlaufen senkrecht zur Umfangsrichtung U und entlang der Radialrichtung r.
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An einem ersten axialen Ende des Konusrings 26, hier am gangradseitigen Ende, ist eine erste Führungsfläche 38 ausgebildet (siehe 2), die auf einer (gedachten) Kreiszylinderfläche liegt. Die erste Führungsfläche 38 erstreckt sich in Umfangsrichtung U über den gesamten Konusring 26, wobei sie lediglich durch die Spalte zwischen den Ringsegmenten 26a–c unterbrochen ist. .Die Führungsfläche weist beispielsweise eine axiale Länge auf, die in etwa dem Lüftspiel zwischen dem Sperrring 22 und dem Gangrad 16 entspricht. In dem hier gezeigten Beispiel ist die axiale Länge der ersten Führungsfläche 38 als etwa 25 % der axialen Länge des gesamten Konusrings 26 außerhalb der Mitnahmevorsprünge 34 gewählt. Andere Abmessungen wären natürlich auch denkbar.
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In Radialrichtung r liegt der ersten Führungsfläche 38 eine an der radial inneren Umfangsseite des Sperrrings 22 ausgebildete erste Gegenfläche 40 gegenüber, die hier als umlaufende Kreiszylinderfläche mit gleicher Krümmung wie die erste Führungsfläche 38 gebildet ist. Es wäre auch denkbar, die erste Gegenfläche 40 durch mehrere über den Umfang verteilte Segmente am Sperrring 22 zu realisieren.
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Die erste Führungsfläche 38 schließt direkt an die zweite Konusfläche 30 am Konusring 26 und die erste Gegenfläche 40 schließt direkt an die Gegenkonusfläche 32 des Sperrrings 22 an.
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Bei der gezeigten Ausführungsform sind jeweils die radialen Außenseiten der Mitnahmevorsprünge 34 und die radialen Innenseiten der Aussparungen 36 am Sperrring 22 als Flächen ausgebildet, die auf einer (gedachten) Kreiszylinderfläche liegen, wobei an der radialen Außenseite der Mitnahmevorsprünge 34 jeweils zweite Führungsflächen 42 und entlang der Umfangsflächen der Aussparungen 36 zweite Gegenflächen 44 mit gleicher Krümmung vorgesehen sind.
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In einer in den 4 und 5 gezeigten Kontaktposition liegen die zweite Konusfläche 30 und die Gegenkonusfläche 32 aneinander an. Diese Kontaktposition wird beispielsweise eingenommen, wenn der Synchronring 20 durch eine axiale Auslenkung der Schiebemuffe 14 und damit verbundene axiale Auslenkung der Druckstücke 19 an der Schiebemuffe 14 in Axialrichtung A belastet und verschoben wird, um die erste, als Reibfläche ausgebildete Konusfläche 28 in Kontakt mit einer Reibfläche 46 am Gangrad 16 bzw. 18 zu bringen (siehe 7 und 8).
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Durch den Kontakt der beiden Reibflächen wird der Synchronring 20 in Umfangsrichtung U mitgenommen und schlägt um einen vorgegebenen Winkel gegenüber dem Synchronkörper 12 um. Durch die Reibungskräfte werden die Drehzahlen von Gangrad 16 bzw. 18 und Synchronkörper 12 angeglichen.
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Wenn der Drehzahlangleich erfolgt ist, kann die Schiebemuffe 14 auf bekanntem Weg in die Gangradverzahnung eingespurt werden. Der Synchronring 20 wird wieder in eine Ausgangsposition zurückgestellt.
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Das Lösen der Reibfläche der ersten Konusfläche 28 von der gangradseitigen Reibfläche 46 erfolgt hier über geringfügige Verformungen des Sperrrings 22 sowie gegebenenfalls der Segmente des Konusrings 26, durch die ein Spalt in Radialrichtung r zwischen Konusring 26 und Sperrring 22 entsteht. Dieser ermöglicht ein Lösen der ersten Konusfläche 28 von der gangradseitigen Reibfläche 46 bei geringen Losbrechmomenten, obwohl der Konuswinkel α1 so klein ist, dass er im Bereich der Selbsthemmung liegt.
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Ist der Synchronring 20 in Axialrichtung A unbelastet, beispielsweise wenn das jeweilige zugehörige Gangrad 16, 18 nicht geschaltet und mit der Schiebemuffe 14 verbunden ist, so nimmt der Synchronring 20 eine Neutralstellung ein, in der verhindert ist, dass der Konusring 26 sich in Axialrichtung A gegenüber dem Sperrring 22 verstellt.
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Zu diesem Zweck sind die erste Führungsfläche 38 und die erste Gegenfläche 40 sowie unterstützend die zweiten Führungsflächen 42 und die zweiten Gegenflächen 44 vorgesehen.
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Bei dem hier in den Zeichnungen dargestellten Idealzustand liegen in der Kontaktposition auch die ersten und zweiten Führungsflächen 38, 42 an den ersten und zweiten Gegenflächen 40, 44 flächig an. Unter realen Bedingungen, bedingt durch Fertigungstoleranzen sowie durch Verformungen von Sperrring 22 und Konusring 26 aufgrund der in der Synchronisationseinheit 10 herrschenden Kräfte kann es sein, dass die zweite Konusfläche 30 und die Gegenkonusfläche 32 sowie auch die zweiten Führungsflächen 42 und die zweiten Gegenflächen 44 zwar überwiegend flächig aneinander liegen, aber teilweise voneinander beabstandet sind oder nur Linien- oder Punktberührungen aufweisen.
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Wirkt keine axiale Kraft auf den Sperrring 22, so wird durch Fliehkrafteinwirkung zwischen den in Axialrichtung A geneigten Flächen, nämlich der zweiten Konusfläche 30 und der Gegenkonusfläche 32, aufgrund der Reibungskräfte zwischen diesen beiden Flächen eine Kraft erzeugt, die für eine Relativbewegung in Axialrichtung A und insbesondere für eine Axialbewegung des Konusrings 26 in Richtung zum Gangrad 16, 18 (in den 4 bis 6 nach rechts) führt. Diese Bewegung wird erfindungsgemäß für einen geringen Weg d zugelassen. Dieser Weg d beträgt beispielsweise zwischen 0,1 und 1 mm, wobei Werte um 0,2 mm wünschenswert sind.
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Das gangradseitige axiale Ende des Konusrings 26 ist gegenüber dem gangradseitigen axialen Ende des Sperrrings 22 in der Kontaktposition um den Betrag d in Richtung zum Synchronkörper 12 zurückgesetzt (siehe 4). Auf diese Weisel wird vermieden, dass der Konusring 26 in einen als Verschleißreserve vorgesehenen Zwischenraum 48 zwischen dem gangradseitigen axialen Ende des Sperrrings 22 und der Gangradverzahnung des Gangrads 16, 18 wandert (siehe 7 und 8).
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6 zeigt die Lage des Konusrings 26, nachdem dieser den Abstand d zurückgelegt hat (in der Figur aus Darstellungsgründen überhöht). Nach dem Weg d hat sich der Konusring 26 axial so weit verschoben, dass die zweite Konusfläche 30 und die Gegenkonusfläche 32 durch einen Spalt 50 voneinander beabstandet sind, sodass idealerweise nur noch Flächen aneinander anliegen, die eine kreiszylindrische Krümmung aufweisen, hier die erste Führungsfläche 38 und die erste Gegenfläche 40 sowie die zweiten Führungsflächen 42 und die zweiten Gegenflächen 44. Der Kontakt dieser Flächen erzeugt aber keine axialen Kräfte, sodass der Konusring 26 in dieser axialen Position (Neutralstellung) verharrt.
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In der idealen Darstellung liegen die erste Führungsfläche 38 und die erste Gegenfläche 40 über einen Großteil ihrer axialen Erstreckung umfangsmäßig vollständig aneinander an. Auch die zweiten Führungsflächen 42 und die zweiten Gegenflächen 44 liegen über einen Großteil ihrer axialen Erstreckung umfangsmäßig flächig aneinander an. Unter realen Bedingungen kann es zumindest bei einigen der Führungsflächen 38, 42 und Gegenflächen 40, 44 dazu kommen, dass abschnittsweise über den Umfang lediglich eine Linienberührung erfolgt. Es hat sich aber herausgestellt, dass auch dies ausreichend ist, um eine weitere axiale Bewegung des Konusrings 26 zu verhindern.
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Der Spalt 50 kann in der Größenordnung von einigen Hundertstel Millimetern bis einigen Zehntel Millimetern liegen, wobei es möglich ist, dass sich unter realen Bedingungen an einigen Stellen über den Umfang betrachtet sich die zweite Konusfläche 30 und die Gegenkonusfläche 32 noch berühren. Diese Berührungsstellen können beispielsweise durch Oberflächenrauigkeiten, durch Fertigungstoleranzen oder Verformung aufgrund der Fliehkräfte hervorgerufen werden. Sie sind unbeachtlich, solange die aufgrund der Reibungskräfte zwischen dem Konusring 26 und dem Sperrring 22 in Axialrichtung A wirkenden Reibungskräfte größer sind als die durch die Berührungstellen noch erzeugten Axialkräfte, die bestrebt sind, den Konusring 26 in Richtung zum Gangrad 16, 18 in Verschieberichtung V zu verschieben.
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Unbelastet nimmt der Synchronring 20 die in 6 gezeigte Neutralstellung automatisch ein. Weitere Mittel, beispielsweise Anschläge, zur Verhinderung einer axialen Verschiebung des Konusrings 26 sind nicht notwendig und in diesem Beispiel nicht vorgesehen.
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Da die Umfangsränder der Mitnahmevorsprünge 34 sowie der Aussparungen 36 am Konusring 26 bzw. Sperrring 22 so gewählt sind, dass sie bei einer Bewegung in Umfangsrichtung keine Axialkräfte erzeugen, wirken auch hier keine Kräfte auf den Konusring 26, die diesen in Axialrichtung verschieben würden.
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Soll der jeweilige Gang geschaltet werden, so nimmt bei der Bewegung des Sperrrings 22 durch die Schiebemuffe 14 dieser nach Überwindung der Distanz d automatisch den Konusring 26 mit in Richtung des Gangsrads 16, 18.
