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Die Erfindung betrifft eine Synchronisierkupplung insbesondere für die schaltbare Koppelung eines Nebenaggregats an einen Verbrennungsmotor, insbesondere eines Kompressors an einen Verbrennungsmotor.
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Luftkompressoren für die Druckluftversorgung beispielsweise des Bremssystems in Nutzfahrzeugen werden häufig aus Effizienzgründen derart ausgeführt, dass sie mittels einer Kupplungseinheit vom Verbrennungsmotor bedarfsgerecht getrennt werden können. Aus Sicherheitsgründen ist es wichtig, dass die Kupplungseinheit im Normalzustand geschlossen ist (normalgeschlossen, Englisch: „normally-closed“), damit die Druckluftversorgung für das Bremssystem im Fehlerfall gewährleistet wird.
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Bisherige Lösungen zur Entkoppelung solcher Luftkompressoren sind typischerweise mittels vieler Federpakete vorgespannte klassische Reibkupplungen, da dadurch eine Synchronisation der Drehzahlen reibschlüssige ermöglicht wird, wenn das Nebenaggregat zuvor getrennt war oder sich im Stillstand befand. Häufig weisen diese Nebenaggregate jedoch hohe Drehungleichförmlichkeiten bzw. wechselnde Lasten auf, die zu dynamischen Lastüberhöhungen führen können. Diese können wiederum zum Durchrutschen der Reibkupplungen und damit zu einem unerwünschten, da unsicheren Betriebszustand des Fahrzeugs führen.
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Rein formschlüssig arbeitende Kupplungen sind ebenfalls ungeeignet, da sie nur bei Stillstand beider Kupplungsseiten oder sehr geringen Drehzahldifferenzen geschlossen werden können.
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Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Kupplung zu schaffen, über die ein Nebenaggregat eines Fahrzeugs mit einem Antrieb, z. B. Verbrennungsmotor wahlweise gekoppelt und entkoppelt werden kann.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Synchronisierkupplung, insbesondere für die schaltbare Kopplung eines Nebenaggregats an einen Verbrennungsmotor, mit
einer Schiebemuffe, die eine Innenverzahnung mit einer Vielzahl von Schiebemuffenzähnen aufweist und um eine Achse drehbar ist,
einem abtriebsseitigen Kupplungskörper, der eine Außenverzahnung mit einer Vielzahl von Kupplungskörperzähnen hat, in die die Innenverzahnung der Schiebemuffe eingreifen kann, sowie
einer Synchronisiereinheit, die eine axiale Bewegung der Schiebemuffe blockieren kann,
wobei die Kupplungskörperzähne an ihrem der Schiebemuffe nahen axialen Zahnende und/oder zumindest einige der Schiebemuffenzähne an ihrem an den Kupplungskörper angrenzenden axialen Zahnende jeweils eine einzige oder jeweils mehrere konvexe, stumpfe Stirnflächen oder, alternativ, ebene aufweisen,
dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorspanneinrichtung vorgesehen ist, die die Kupplung in einen normal-geschlossenen Zustand drückt sowie einen schaltbaren Aktuator, der die Kupplung entgegen der Vorspanneinrichtung in den offenen Zustand fährt, wobei
die aneinander zugewandten Seitenflanken umfangsmäßig unmittelbar benachbarte Schiebemuffenzähne, die, in radialer Ansicht gesehen, axial vom Kupplungskörper weg keilförmig aufeinander zu laufen, d.h. in radialer Ansicht in Öffnungsrichtung der Kupplung keilförmig aufeinander zu laufen, und einen keilförmig zulaufenden Spalt bilden und im geschlossenen Zustand ein zugeordneter Kupplungskörperzahn in dem keilförmigen Spalt in Umfangsrichtung spielfrei geklemmt ist
und/oder
zumindest einige der Kupplungskörperzähne, die in radialer Ansicht jeweils entgegengesetzte Seitenflanken haben, welche, in radialer Ansicht gesehen, axial zu den Schiebemuffezähnen und zu ihrem freien Ende keilförmig zulaufen, und im geschlossenen Zustand in jeweils einem zugeordneten Spalt zwischen zwei in Umfangsrichtung unmittelbar benachbarten Schiebemuffenzähne in Umfangsrichtung spielfrei geklemmt sind.
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Die vorliegende Erfindung ist eine geschickte Fortentwicklung einer aus einem anderen Gebiet stammenden Kupplung, nämlich einer Synchronisiervorrichtung für Schaltgetriebe. Die Erfindung sieht jedoch einen deutlichen Umbau und eine Konzeptänderung einer solchen Synchronisiervorrichtung vor. Zum einen wird über die Vorspanneinrichtung die Kupplung in einen normal-geschlossenen Zustand gedrückt und zum anderen wird ein schaltbarer Aktuator, vorzugsweise eine Kolben-Zylinder-Einheit geschaffen, die die Kupplung entgegen der Vorspanneinrichtung öffnen kann. Während bei bisherigen Synchronisiervorrichtungen jedoch die Zähne eine sogenannte Hinterlegung aufwiesen, d. h. der Zahnabstand wurde nach dem vorderen Zahnende weiter, sodass sich die im gekoppelten Zustand nebeneinander befindlichen Zähne von Schiebemuffe und Kupplungskörper hintergreifen konnten, sieht die vorliegende Erfindung das Gegenteil vor. Hier wird zwischen benachbarten Schiebemuffenzähnen ein keilförmig zulaufende Spalt gebildet und/oder die Kupplungskörperzähne laufen in Schaltrichtung keilförmig zu, sodass Schiebemuffe und Kupplungskörper im geschalteten Zustand axial soweit ineinander verfahren werden, dass sich die Zähne verkeilen und in Umfangsrichtung kein Spiel mehr auftritt. Der Aktuator löst dann die spielfreie Koppelung der Zähne wieder auf. Die Vorspanneinrichtung muss natürlich von ihrer aufgebrachten Kraft so groß sein, dass sie deutlich größer ist als die Axialkraft, die sich bei Drehmomentübertragung aufgrund der Rampenfläche der „Keile“ ergibt.
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Vorzugsweise sind die Keilwinkel des Spalts und der Kupplungskörperzähne gleich, sodass die Kupplungskörperzähne vollflächig an den Seitenflanken der Schiebemuffenzähne anliegen.
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Wie sich in der Praxis herausgestellt hat, ist das Einspuren der Verzahnungen besonders kritisch. Dieses Einspuren wird bei hohen Geschwindigkeiten sicher gewährleistet, weil erfindungsgemäß die Kupplungskörperzähne an ihrem der Schiebermuffe nahen axialen Zahnende und/oder zumindest einige der Schiebemuffenzähne an ihrem an den Kupplungskörper angrenzenden axialen Zahnende jeweils eine einzige oder jeweils mehrere konvexe, stumpfe Stirnflächen aufweisen. „Stumpf” bedeutet, dass keine spitz zulaufende Dreiecks- oder Dachform (sog. „Anspitzung“) mehr verwendet wird, wie dies im Stand der Technik üblich war, um sogenannte Einspurschrägen zu schaffen. Die entsprechenden Stirnflächen sind entweder eben oder leicht bogenförmig gekrümmt. Damit lässt sich die ansonsten für die Einspurgeometrie mit ihren Schrägflächen und angespitzten Zahnenden verwendete axiale Baulänge einsparen. Um auch ohne die Einspurschrägen ein zuverlässiges Einfädeln der Schiebemuffenzähne zwischen die Kupplungskörperzähne zu erreichen, wird dabei nach einer erfolgten Drehzahlsynchronisierung vorzugsweise wieder eine Drehzahldifferenz zwischen der Schiebemuffe und dem Kupplungskörper hergestellt. Dadurch gleiten die Stirnflächen der Schiebemuffenzähne an den Stirnflächen der Kupplungskörperzähne entlang und spuren aufgrund der axialen Schaltkraft bei Erreichen einer Zahnlücke zwischen die Kupplungskörperzähne ein. Sperrsynchronisierungen für Schaltgetriebe verfügen bisher normalerweise über eine Sperrgeometrie zum Sperren der Schiebemuffe, solange eine Differenzdrehzahl zwischen der Schiebemuffe und dem Kupplungskörper des zu schaltenden Abtriebsrads besteht.
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Vorzugsweise ist die Vorspanneinrichtung durch Federn, insbesondere Tellerfederpakete gebildet, die sich einerseits an einem Antriebsrad und andererseits an der Schiebemuffe abstützen.
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Der Aktuator ist z. B. über einen Schieber mechanisch unter Zwischenschaltung des Drehlagers axial und mechanisch in Öffnungsrichtung mit der Schiebemuffe gekoppelt.
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Die Schiebemuffe kann beispielsweise axial verschieblich in einer Führungsverzahnung sitzen, die mit dem Aktuator in axialer Richtung gekoppelt und in Umfangsrichtung vorzugsweise drehbar zum Aktuator gelagert ist. Der Aktuator ist vorzugsweise fest mit dem Gehäuse des Nebenaggregats verbunden, dreht sich also nicht mit. Aus diesem Grund ist insbesondere ein Drehlager zwischen dem Aktuator und der Führungsverzahnung vorgesehen, die Teil eines Hohlrades sein kann. Die Führungsverzahnung ist z. B. am Schieber vorgesehen.
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Der Kupplungskörper ist z.B. mit einer Antriebswelle eines anzutreibenden Nebenaggregats in Umfangsrichtung drehfestverbunden.
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In Umfangsrichtung unmittelbar benachbarte Schiebemuffenzähne können auf ihren einander zugewandten Seitenflanken in radialer Richtung gesehen an ihrem dem Kupplungskörper nahen axialen Ende eine Einweiserschräge aufweisen, die gemeinsam einen Einlaufkonus bilden, der in den Spalt übergeht. Die axiale Länge des Einlaufkonus ist dabei natürlich deutlich kleiner als die des angrenzenden, kegelförmigen Spalts, und hat vorzugsweise maximal 1/6 der axialen Länge des Spalts.
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Die Schiebemuffenzähne besitzen, um axialen Bauraum zu sparen, an ihrem dem Kupplungskörper nahen axialen Ende eine stumpfe Stirnseite.
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Die in Umfangsrichtung voneinander weg weisenden, also entgegengesetzt gerichteten Seitenflanken in Umfangsrichtung unmittelbar benachbarter zweier Schiebemuffenzähne verlaufen in radialer Richtung gesehen ausschließlich in Axialrichtung, d. h. nicht schräg zur Axialrichtung und bilden deshalb keinen Keil.
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Paare von zugeordneten Schiebemuffenzähnen, die zwischen sich jeweils den keilförmigen Spalt definieren, können im Umfangsrichtung so weit voneinander beabstandete sein, dass im geschlossenen Zustand zumindest ein Kupplungskörperzahn in dem Zwischenraum zwischen in Umfangsrichtung unmittelbar benachbarten Paaren von Schiebemuffenzähnen nicht Drehmoment übertragend liegt. Es sind also mehr kreisförmige Kupplungskörperzähne als kreisförmige Spalte vorhanden.
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Die eine einzige konvexe Stirnfläche oder eine der mehreren konvexen Stirnflächen erstrecken sich in Umfangsrichtung jeweils von einem ersten Fußpunkt angrenzend an eine Zahnflanke des jeweiligen Zahns über einen axial vorstehenden Scheitelabschnitt bis zu einem zweiten Fußpunkt, wobei der zweite Fußpunkt bei einer einzigen konvexen Stirnfläche an eine entgegengesetzte Zahnflanke des Zahns angrenzt und bei mehreren konvexen Stirnflächen ein Talpunkt einer Einbuchtung zwischen benachbarten konvexen Stirnflächen ist, und wobei ein axialer Abstand zwischen dem Scheitelabschnitt und jedem der Fußpunkte höchstens 18 %, insbesondere höchstens 10 % einer Zahnbreite des Zahns beträgt.
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Insbesondere sind bei mehreren konvexen Stirnflächen exakt zwei Stirnflächen vorgesehen, die symmetrisch zueinander liegen, bezogen auf einen Radialschnitt.
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Unter konvexer Stirnfläche ist in diesem Zusammenhang eine von den Fußpunkten ausgehende, nach außen gewölbte sowie durch den Scheitelabschnitt, insbesondere Scheitelpunkt verlaufende Fläche zu verstehen, wobei die Wölbung in Radialrichtung gesehen durch eine stetige Krümmung, einen Polygonzug oder Mischformen hiervon gebildet wird.
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Bei einem Kupplungskörperzahn mit konvex ausgebildetem axialen Zahnende grenzt zumindest der erste Fußpunkt der konvexen Stirnfläche unmittelbar an eine Zahnflanke des Kupplungskörperzahns an. Bei einem im axialen Zahnendbereich üblicherweise hinterlegten Schiebemuffenzahn mit konvex ausgebildetem Zahnende grenzt jeder Fußpunkt der konvexen Stirnfläche ebenfalls an eine Zahnflanke, insbesondere an einen Hinterlegungsabschnitt der Zahnflanke des Schiebemuffenzahns an. Bei mehreren konvexen Stirnflächen (insbesondere bei exakt zwei konvexen Stirnflächen) geht die erste Stirnfläche vom ersten Fußpunkt aus, um dann an einem Talpunkt zwischen benachbarten konvexen Stirnflächen zu enden. Der Talpunkt liegt bei zwei konvexen Stirnflächen exakt zwischen den beiden entgegengesetzten Zahnflanken.
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Verglichen mit ebenen und senkrecht zur Axialrichtung verlaufenden Stirnflächen erleichtern die leicht konvexen Stirnflächen das Einspuren der Verzahnungen. Ferner sind auch die Materialbeanspruchungen sowie Verschleißerscheinungen im Übergangsbereich zwischen Stirnfläche und Zahnflanke deutlich reduziert. Insbesondere hat sich herausgestellt, dass bei einem Verdrehflankenspiel in der Größenordnung herkömmlicher Synchronisierkupplungen mit angespitzten Schiebemuffenzähnen und Kupplungskörperzähnen bereits durch geringe Wölbungen der konvexen Stirnfläche, also einem axialen Abstand zwischen Scheitelabschnitt und Fußpunkt von etwa 10 % der Zahnbreite, ein zuverlässiges Einspuren der Verzahnungen sichergestellt werden kann.
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Gemäß einer Ausführungsform der Synchronisierkupplung ist die einzige konvexe Stirnfläche in Radialrichtung gesehen spiegelsymmetrisch zur axialen Zahnmittelachse ausgebildet. Auf diese Weise ist unabhängig von der Richtung der Relativdrehung zwischen Kupplungskörper und Schiebemuffe ein zuverlässiges und sicheres Einspuren gewährleistet. Die mehreren axialen Stirnflächen liegen in Radialrichtung gesehen zueinander spiegelsymmetrisch zur axialen Zahnmittelachse (X).
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Die zumindest eine konvexe Stirnfläche des Schiebemuffenzahns ist bevorzugt zylindrisch ausgeführt.
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Insbesondere kann die zumindest eine konvexe Stirnfläche in Radialrichtung gesehen von Fußpunkt zu Fußpunkt durch einen Mantelabschnitt eines Kreiszylinders gebildet werden, wobei der Radius des Kreiszylinders vorzugsweise wenigstens 2 mm beträgt. Um einem übermäßigen Verschleiß im Übergangsbereich zwischen Stirnfläche und Zahnflanke entgegenzuwirken, können im Bereich des Fußpunktes vorhandene Ecken oder Kanten zusätzlich abgerundet oder gefast sein.
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Ferner kann die einzige oder die mehreren konvexen Stirnflächen jeweils einen Stirnflächenabschnitt aufweisen, der sich senkrecht zur Achse erstreckt oder dessen Tangente sich senkrecht zur Achse erstreckt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Synchronisierkupplung beträgt eine axiale Abmessung der Kupplungskörperzähne maximal 3 mm. Insbesondere kann der Kupplungskörper dabei als Kupplungsscheibe mit einer Blechdicke von maximal 3 mm ausgebildet sein. Bei entfallender Anspitzung der Kupplungskörperzähne lässt sich die axiale Abmessung der Kupplungskörperzähne oder der gesamten Kupplungsscheibe verringern, ohne dass sich die DrehmomentÜbertragungskapazität zwischen der Schiebemuffe und dem Kupplungskörper im geschalteten Zustand der Synchronisierkupplung reduziert. Speziell bei der Ausführung des Kupplungskörpers als Kupplungsscheibe lässt sich aufgrund der geringeren Blechdicke nicht nur die axiale Baulänge der Synchronisierkupplung reduzieren, sondern auch Material einsparen, was sich vorteilhaft auf das Gewicht und die Kosten der Synchronisierkupplung auswirkt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Synchronisierkupplung weisen zumindest einige der Schiebemuffenzähne an ihrem an den Kupplungskörper angrenzenden Zahnende eine Stirnfläche auf, die eben ist und senkrecht zur Achse verläuft. Dadurch lässt sich der Fertigungsaufwand für die Schiebemuffe deutlich reduzieren, wobei in diesem Fall dann bevorzugt alle Kupplungskörperzähne an ihrem an die Schiebemuffe angrenzenden Zahnende jeweils eine oben beschriebene, konvexe Stirnfläche aufweisen.
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Ferner ist es möglich, dass die Synchronisierkupplung kraftgesteuert ist, wobei die Synchronisiereinheit so ausgebildet ist, dass die Blockierung der Axialbewegung der Schiebemuffe bei Überschreiten einer vorbestimmten Maximalkraft aufgehoben wird. Bei einer derartigen Konstruktion wird im Gegensatz zu herkömmlichen Synchronisiereinheiten ein kraftgesteuertes Einkuppeln der Schiebemuffe in den Kupplungskörper ermöglicht, auch wenn der Drehzahlangleich durch die Synchronisiereinheit noch nicht abgeschlossen ist. Der Synchronring ist in diesem Fall ohne Außenverzahnung ausgeführt, um ein Weiterbewegen der Schiebemuffe in Axialrichtung zu erlauben.
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Der Synchronring hat eine Außenverzahnung mit einer Vielzahl von Synchronringzähnen und kann eine axiale Bewegung der Schiebemuffe blockieren. Die Innenverzahnung der Schiebemuffe weist vorzugsweise Sperrzähne mit einem in Umfangsrichtung beidseitig angespitzten axialen Zahnende sowie Einspurzähne mit einem stumpfen axialen Zahnende auf, wobei sich Sperrzahngruppen von mehreren in Umfangsrichtung unmittelbar nebeneinanderliegenden Sperrzähnen sowie Einspurzahngruppen von mehreren in Umfangsrichtung unmittelbar nebeneinanderliegenden Einspurzähnen in Umfangsrichtung abwechseln.
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Die Einspurzähne mit stumpfen axialen Zahnenden ermöglichen dabei eine axial äußerst kompakte Bauweise der Synchronisiereinheit sowie einen besonders kurzen axialen Schaltweg der Schiebemuffe zwischen ihrer Neutralstellung und ihrer geschalteten Stellung. Ferner ermöglicht die in Umfangsrichtung abwechselnde Anordnung von Sperrzahngruppen und Einspurzahngruppen eine besonders hohe Beanspruchbarkeit der Synchronisierkupplung. Während der Drehzahlsynchronisierung lassen sich durch die Gruppierung insbesondere die an den Synchronringzähnen und den Sperrzähnen auftretenden Flächenpressungen und Zahnfußbeanspruchungen verringern.
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Gemäß einer Ausführungsform der Synchronisierkupplung weist der Synchronring in Umfangsrichtung gezahnte Ringsegmente mit Synchronringzähnen sowie zahnlose Ringsegmente ohne Synchronringzähne auf, wobei jede Sperrzahngruppe der Schiebemuffe axial angrenzend an ein gezahntes Ringsegment und jede Einspurzahngruppe der Schiebemuffe axial angrenzend an ein zahnloses Ringsegment angeordnet ist. Um Spannungsspitzen bei der Drehzahlsynchronisierung zu vermeiden, umfasst der Synchronring möglichst viele Synchronringzähne, wobei üblicherweise jedoch auch zahnlose Ringsegmente ohne Synchronringzähne vorgesehen sind, um beispielsweise Indexlappen oder Anschlagstücke am Synchronring anzuformen. Diese zahnlosen Ringsegmente werden nun in vorteilhafter Weise genutzt, um in diesem Bereich Einspurzahngruppen der Schiebemuffe anzuordnen. Gleichzeitig sind im Bereich der gezahnten Ringsegmente des Synchronrings Sperrzahngruppen der Schiebemuffe angeordnet, sodass bei identischer Zahnteilung von Synchronring und Schiebemuffe weiterhin jeder Synchronringzahn während der Drehzahlsynchronisierung an einem Sperrzahn der Schiebemuffe anliegt. Aufgrund der Einspurzähne mit stumpfen axialen Zahnenden weist die Synchronisierkupplung folglich eine äußerst geringe axiale Baulänge sowie einen extrem kurzen axialen Schaltweg auf. Gleichzeitig werden durch die geschickte Gruppierung der Sperrzähne und Einspurzähne unerwünschte Spannungsspitzen während der Drehzahlsynchronisierung vermieden.
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Vorzugsweise liegen die Zahnenden der Sperrzähne und die Zahnenden der Einspurzähne im Wesentlichen in einer gemeinsamen Ebene, die sich senkrecht zur Achse erstreckt. Axial vorstehende Fangzähne sind folglich nicht vorgesehen und werden aufgrund der Drehzahlsynchronisierung mittels des Synchronrings zum Einspuren der Schiebemuffenzähne zwischen die Kupplungskörperzähne auch nicht benötigt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Synchronisierkupplung weisen die stumpfen Zahnenden der Einspurzähne entweder eine Stirnfläche auf, die eben ist und senkrecht zur Achse verläuft, oder eine einzige oder mehrere konvexe Stirnflächen, wobei sich die einzige konvexe Stirnfläche oder eine der mehreren konvexen Stirnflächen jeweils in Umfangsrichtung von einem ersten Fußpunkt angrenzend an eine Zahnflanke des Schiebemuffenzahns über einen axial vorstehenden Scheitelabschnitt bis zu einem zweiten Fußpunkt erstreckt, wobei der zweite Fußpunkt bei einer einzigen konvexen Stirnfläche an eine entgegengesetzte Zahnflanke des Zahns (unter „Zahn“ wird ein Schiebmuffenzahn oder ein Kupplungskörperzahn verstanden) angrenzt und bei mehreren konvexen Stirnflächen ein Talpunkt einer Einbuchtung zwischen benachbarten konvexen Stirnflächen ist, und wobei ein axialer Abstand zwischen dem Scheitelabschnitt und jedem der Fußpunkte maximal 18 %, insbesondere maximal 10 % einer Zahnbreite des Schiebemuffenzahns beträgt. Die Zahnbreite entspricht dabei einer in Umfangsrichtung gemessenen, das heißt tangentialen Abmessung des Schiebemuffenzahns.
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Ferner können die in Umfangsrichtung beidseitig angespitzten axialen Zahnenden der Sperrzähne Sperrschrägen aufweisen, die mit der Achse einen Winkel einschließen, der maximal 70° beträgt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Synchronisierkupplung weist die Innenverzahnung der Schiebemuffe in Umfangsrichtung zwischen den Sperrzahngruppen und den Einspurzahngruppen jeweils einen Übergangszahn auf, wobei ein axiales Zahnende jedes Übergangszahns in Umfangsrichtung etwa mittig geteilt ist und geometrisch auf der an die Sperrzahngruppe angrenzenden Seite dem Zahnende eines Sperrzahns sowie auf der an die Einspurzahngruppe angrenzenden Seite dem Zahnende eines Einspurzahns entspricht. Auf diese Weise lässt sich die Innenverzahnung der Schiebemuffe besonders effizient zum Sperren gegen die Außenverzahnung des Synchronrings sowie zum Einspuren in die Außenverzahnung des Kupplungskörpers nutzen, da jeder Zwischenraum der Schiebemuffenzähne eindeutig einem Synchronringzahn oder einem Kupplungskörperzahn zugeordnet ist.
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Vorzugsweise ist die Schiebemuffe ein Sinterbauteil. Die in Umfangsrichtung abwechselnde, gruppenweise Anordnung von Sperrzähnen und Einspurzähnen mit geometrisch unterschiedlich ausgeführten Zahnenden lässt sich durch Umformverfahren oder spanende Bearbeitungsverfahren nur sehr aufwendig realisieren. Daher empfiehlt sich die Herstellung der Schiebemuffe als Sinterbauteil.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. In diesen zeigen:
- - 1 einen Längsschnitt durch eine herkömmliche Synchronisierkupplung eines Schaltgetriebes;
- - 2 eine perspektivische Explosionsansicht einer herkömmlichen Synchronisierkupplung eines Schaltgetriebes;
- - 3 einen weiteren Längsschnitt durch eine herkömmliche Synchronisierkupplung eines Schaltgetriebes;
- - 4 eine perspektivische Explosionsansicht, die Teile und Details einer erfindungsgemäßen Synchronisierkupplung zeigen;
- - 5 einen Kupplungskörper der Synchronisierkupplung gemäß 4;
- - 6 einen Detailausschnitt des Kupplungskörpers gemäß 5;
- - 7a Ausführungsvarianten eines bei der Erfindung einsetzbaren Kupplungskörperzahns in Radialrichtung gesehen;
- - 7b eine weitere Ausführungsvariante eines Kupplungskörperzahns in Radialrichtung gesehen,
- - 8 eine Schiebemuffe der Synchronisierkupplung gemäß 4;
- - 9 axiale Endbereiche eines Sperrzahns sowie eines Einspurzahns der Schiebemuffe gemäß 8 in Radialrichtung gesehen, die bei der Erfindung verwendbar sind;
- - 10 alternative Ausführungsvarianten für den axialen Endbereich eines Einspurzahns der Schiebemuffe gemäß 8 in Radialrichtung gesehen;
- - 11 einen Synchronring, der bei der Erfindung einsetzbar ist;
- - 12 eine schematische Längsschnittansicht durch eine Variante der erfindungsgemäßen Synchronisierkupplung, und
- - 13 A bis D eine schematische Darstellung eines Schaltablaufs bei der erfindungsgemäßen Synchronisierungskupplung.
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In der folgenden Beschreibung tragen Bauteile, die einander funktional weitgehend entsprechen identische Bezugszeichen, wobei die Bezugszeichen von aus dem Stand der Technik bekannten Bauteilen zusätzlich mit einem Apostroph versehen sind.
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Die 1 bis 3 zeigen eine bekannte Synchronisierkupplung 10' eines Schaltgetriebes, mit einer längs einer Achse A bewegbaren Schiebemuffe 12', die drehfest mit einer nicht näher dargestellten Welle rotiert. Ferner umfasst die Synchronisierkupplung 10' einen als Kupplungsscheibe ausgebildeten Kupplungskörper 14', der fest mit einem Abtriebsrad 16' des Schaltgetriebes verbunden ist. Das Abtriebsrad 16' sitzt als Losrad drehbar auf der Welle und kann mit dieser über die Schiebemuffe 12' drehfest verbunden werden.
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Die Schiebemuffe 12' weist eine Innenverzahnung mit Schiebemuffenzähnen 18' auf, während der Kupplungskörper 14' eine Außenverzahnung mit Kupplungskörperzähnen 20' besitzt.
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Zur Durchführung einer Drehzahlsynchronisierung und eines daran anschließenden Einspurvorgangs, bei dem die Schiebemuffenzähne 18' in die Zwischenräume der Kupplungskörperzähne 20' eingespurt werden, ist eine Synchronisiereinheit vorgesehen, die in bekannter Weise einen Synchronring 22' umfasst, der eine Außenverzahnung mit einer Vielzahl von Synchronringzähnen 24' aufweist. Eine in Radialrichtung federbeaufschlagte Kugel ist Teil eines Druckstücks 26', welches als Vorsynchroneinheit dient.
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Eine derartige Synchronisierkupplung 10' nach dem Borg-Warner-Prinzip ist allgemein bekannt. Zu Beginn der Axialbewegung der Schiebemuffe 12' übt die Vorsynchroneinheit eine Axialkraft auf den Synchronring 22' aus, wobei der Synchronring 22' in Kontakt mit einer Reibfläche des in 1 zweiteilig ausgeführten Kupplungskörpers 14' kommt und so bei einem Drehzahlunterschied in Umfangsrichtung verstellt wird. Dadurch werden die Synchronringzähne 24' und die Schiebemuffenzähne 18' relativ zueinander so positioniert, dass sie eine axiale Bewegung der Schiebemuffe 12' bis zu einer Drehzahlangleichung sperren. Während der Drehzahlsynchronisierung blockieren die Synchronringzähne 24' die Schiebemuffe 12', sodass ein Einspuren der Schiebemuffenzähne 18' zwischen die Kupplungskörperzähne 20' verhindert wird. Erst nach einer Drehzahlsynchronisierung kann der Synchronring 22' in Umfangsrichtung zurückgestellt werden und ermöglicht das Einspuren der Schiebemuffenzähne 18' zwischen die Kupplungskörperzähne 20'.
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Die 4 zeigt eine Synchronisierkupplung 10 für ein Schaltgetriebe eines Kraftfahrzeugs, deren Prinzip teilweise bis ins Detail von der nachfolgend erläuterten erfindungsgemäßen Synchronisierkupplung übernommen wird.
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Die Synchronisierkupplung ist mit einer Schiebemuffe 12, die eine Innenverzahnung mit einer Vielzahl von Schiebemuffenzähnen 18 aufweist und um eine Achse A drehbar ist, sowie einem als Kupplungsscheibe ausgebildeten abtriebsseitigen Kupplungskörper 14 versehen, wobei der Kupplungskörper eine Außenverzahnung mit einer Vielzahl von Kupplungskörperzähnen 20 hat, in die die Innenverzahnung der Schiebemuffe 12 eingreifen kann. Die Synchronisierkupplung 10 umfasst ferner eine Synchronisiereinheit mit einem Synchronring 22, der eine Außenverzahnung mit einer Vielzahl von Synchronringzähnen 24 hat und eine axiale Bewegung der Schiebemuffe 12 blockieren kann.
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Der generelle Aufbau und das Funktionsprinzip nach Borg-Warner sind bereits allgemein aus dem Stand der Technik bekannt. Ferner wird diesbezüglich auf die obige Beschreibung zu den 1 bis 3 verwiesen und im Folgenden hauptsächlich auf vorteilhafte Unterschiede eingegangen.
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Um eine besonders geringe axiale Baulänge der Synchronisierkupplung 10 mit einem kurzen axialen Schaltweg realisieren zu können, weisen die Kupplungskörperzähne 20 an ihrem an die Schiebemuffe 12 angrenzenden axialen Zahnende und/oder zumindest einige der Schiebemuffenzähne 18 an ihrem an den Kupplungskörper 14 angrenzenden axialen Zahnende jeweils eine konvexe Stirnfläche auf, auf deren Form weiter unten noch genauer eingegangen wird.
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Die 5 zeigt eine perspektivische Detailansicht des Kupplungskörpers 14 der Synchronisierkupplung 10 gemäß 4. Bereits in dieser Darstellung wird deutlich, dass die Kupplungskörperzähne 20 an ihren axialen Zahnenden keine herkömmliche, angespitzte Einspurgeometrie aufweisen.
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Eine axiale Abmessung der Kupplungskörperzähne 20 kann aufgrund der entfallenden Anspitzung reduziert werden und beträgt typischerweise maximal 3 mm. Die erforderliche axiale Abmessung hängt selbstverständlich von dem durch die Kupplungskörperzähne 20 zu übertragenden Drehmoment ab, wobei eine axiale Zahnlänge von 3 mm für übliche Fahrzeugschaltgetriebe eine ausreichende Drehmomentübertragungskapazität bereitstellt.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Kupplungskörper 14 konkret als Kupplungsscheibe ausgeführt, bei 11 ist der Kupplungskörper 14 im Querschnitt L-förmig. Infolge der axial geringeren Abmessung der Kupplungskörperzähne 20 lässt sich demzufolge natürlich auch die gesamte axiale Abmessung der Kupplungsscheibe auf eine Blechdicke von maximal 3 mm reduzieren. Somit lässt sich nicht nur die axiale Baulänge, sondern auch der Materialbedarf und das Gewicht der Synchronisierkupplung 10 in vorteilhafter Weise reduzieren.
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Die 6 zeigt einen Ausschnitt des Kupplungskörpers 14 gemäß 5 im Bereich der Kupplungskörperzähne 20. Anhand dieser Darstellung lässt sich erkennen, dass im vorliegenden Ausführungsbeispiel jeder Kupplungskörperzahn 20 an seinem an die Schiebemuffe 12 angrenzenden axialen Zahnende eine konvexe Stirnfläche aufweist.
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Die 7a und 7b zeigen Kupplungskörperzähne 20 in Radialrichtung gesehen mit unterschiedlichen Ausführungsvarianten konvexer, stumpfer Stirnflächen, wobei bei den Ausführungsformen nach 7a eine einzige konvexe Stirnfläche und bei 7b zwei konvexe Stirnflächen die gesamte stirnseite definieren. Bei 7a erstreckt sich die singuläre konvexe Stirnfläche in Umfangsrichtung jeweils von einem ersten Fußpunkt 28 angrenzend an eine seitliche Zahnflanke 30 (Seitenflanke) des Kupplungskörperzahns 20 über einen axial vorstehenden Scheitelabschnitt 32 (insbesondere Scheitelpunkt), der den axial vordersten Punkt des Zahns 20 bildet, bis zu einem zweiten Fußpunkt 34 angrenzend an eine gegenüberliegende Zahnflanke 36 (Seitenflanke) des Kupplungskörperzahns 20. Ferner beträgt ein axialer Abstand a zwischen dem Scheitelabschnitt 32 (insbesondere Scheitelpunkt) und jedem der Fußpunkte 28, 34 höchstens 18%, insbesondere höchstens 10 % einer Zahnbreite b des Kupplungskörperzahns 20. Die Zahnbreite entspricht dabei einer in Umfangsrichtung gemessenen, das heißt tangentialen Abmessung des Kupplungskörpers 20 und liegt vorzugsweise in der Größenordnung von etwa 2 mm.
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Unter einer konvexen Stirnfläche ist im Rahmen dieser Anmeldung allgemein eine von den Fußpunkten 28, 34 ausgehende, axial nach außen vorspringende, gewölbte und durch den Scheitelabschnitt 32 (insbesondere den Scheitelpunkt) verlaufende Fläche zu verstehen, wobei die Wölbung in Radialrichtung gesehen durch eine stetige Krümmung (siehe 7, linke Abbildung), einen Polygonzug (siehe 7, rechte Abbildung) oder Mischformen hiervon (siehe 7, mittlere Abbildung) gebildet oder angenähert sein kann.
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Die konvexe Stirnfläche ist in den dargestellten Ausführungsbeispielen jeweils zylindrisch, genauer gesagt als zylindrische Teilfläche ausgeführt, wobei jedoch auch eine leichte Krümmung in radialer Richtung denkbar wäre, sodass sich eine doppelt gekrümmte Fläche ergibt.
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Bei allen in 7a dargestellten Ausführungsvarianten der Kupplungskörperzähne 20 ist jeweils die singuläre konvexe Stirnfläche in Radialrichtung gesehen spiegelsymmetrisch zur axialen Zahnmittelachse X ausgebildet. Damit ergibt sich eine Symmetrie in Umfangsrichtung.
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Ferner weist die konvexe Stirnfläche jeweils in Umfangsrichtung mittig einen Stirnflächenabschnitt 38 auf, der sich senkrecht zur Achse A erstreckt (siehe 7, mittlere und rechte Abbildung) oder dessen Tangente 40 sich senkrecht zur Achse A erstreckt (siehe 7, linke Abbildung).
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Insbesondere kann die konvexe Stirnfläche in Radialrichtung gesehen vom Fußpunkt 28 zum Fußpunkt 34 durch einen Mantelabschnitt eines Kreiszylinders gebildet ist sein, wobei ein Radius des Kreiszylinders wenigstens 2 mm beträgt.
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Bei der Ausführungsform nach 7b sind zwei nebeneinanderliegende konvexe, stumpfe Stirnflächen 32 vorhanden. Die erste (linke) Stirnfläche beginnt am zuvor schon erwähnten ersten Fußpunkt 28 und erstreckt sich als Rundung bis zu einem zweiten Fußpunkt 34', der z.B. exakt in der Zahnmittelachse X liegt. Dieser Fußpunkt 38' ist der Talpunkt einer Einbuchtung zwischen den konvexen Stirnflächen. Die zweite Stirnfläche 32 (rechts) erstreckt sich vom zweiten Fußpunkt 38' zum bereits erläuterten Fußpunkt 34 an der engegengesetzten Zahnflanke, wobei Zahnflanken auch als Seitenflanken bezeichnet werden. Die Einbuchtung ist eine stetig gekrümmte konkave Fläche,
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Zu betonen ist, dass bezüglich der zuvor im Zusammenhang mit den Ausführungsformen nach 7a genannten verschiedenen Formen der Stirnflächen und der Abmessungen, insbesondere der axiale Abstand a zwischen dem Scheitelabschnitt 32 (insbesondere Scheitelpunkt) und jedem der Fußpunkte 28, 34, auch bei der Variante nach 7b Anwendung finden können oder die Ausführungsform nach 7b entsprechend veränderbar ist. Abhängig von den jeweiligen Randbedingungen sind alternativ für die Varianten nach den 7a und 7b auch Ausführungsvarianten denkbar, bei denen die zumindest eine konvexe Stirnfläche in Radialrichtung gesehen unsymmetrisch zur axialen Zahnmittelachse X ausgebildet ist. Auch in diesen Fällen kann die konvexe Stirnfläche oder die beiden konvexen Stirnflächen einen Stirnflächenabschnitt 38 aufweisen, der sich senkrecht zur Achse A erstreckt oder dessen Tangente 40 sich senkrecht zur Achse A erstreckt, wobei dieser Stirnflächenabschnitt 38 mit Bezug auf die Zahnmittelachse X in Umfangsrichtung dann bevorzugt außermittig angeordnet ist. Die vorab vorgestellten Zahnformen sind bei der erfindungsgemäßen Synchronkupplung einsetzbar ebenso wie die nachfolgend erläuterten.
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Die 8 zeigt eine perspektivische Detailansicht der Schiebemuffe 12 der Synchronisierkupplung 10 gemäß 4. Zu betonen ist, dass die nachfolgend in 11 dargestellte Schiebemuffe die in 8 gezeigten Verzahnungen aufweisen kann oder aber nur die Einspurzähne 44.
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Die Innenverzahnung der Schiebemuffe 12 weist dabei Sperrzähne 42 mit in Umfangsrichtung beidseitig angespitzten axialen Zahnenden sowie Einspurzähne 44 mit stumpfen axialen Zahnenden auf.
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Ferner lässt sich anhand der 8 erkennen, dass sich Sperrzahngruppen 46 mit jeweils mehreren in Umfangsrichtung unmittelbar nebeneinanderliegenden Sperrzähnen 42 sowie Einspurzahngruppen 48 mit jeweils mehreren in Umfangsrichtung unmittelbar nebeneinanderliegenden Einspurzähnen 44 in Umfangsrichtung abwechseln.
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Ferner weist die Innenverzahnung der Schiebemuffe 12 in der dargestellten Ausführungsform in Umfangsrichtung zwischen den Sperrzahngruppen 46 und den Einspurzahngruppen 48 jeweils einen Übergangszahn 50 auf, wobei ein axiales Zahnende jedes Übergangszahns 50 in Umfangsrichtung etwa mittig geteilt ist und geometrisch auf der an die Sperrzahngruppe 46 angrenzenden Seite dem Zahnende eines Sperrzahns 42 sowie auf der an die Einspurzahngruppe 48 angrenzenden Seite dem Zahnende eines Einspurzahns 44 entspricht.
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Aufgrund dieser Anordnung von Sperrzähnen 42, Einspurzähnen 44 und Übergangszähnen 50 mit geometrisch jeweils unterschiedlichen Zahnenden ist eine Herstellung der Schiebemuffe 12 durch spanende oder umformende Bearbeitungsverfahren recht aufwendig, sodass die Schiebemuffe 12 im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Sinterbauteil ausgeführt ist. Generell ist jedoch auch denkbar, die Schiebemuffe 12 als Frästeil oder Umformteil aus Stahlblech herzustellen.
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Die axialen Zahnenden der Sperrzähne 42 und die axialen Zahnenden der Einspurzähne 44 liegen dabei im Wesentlichen in einer gemeinsamen Ebene E, welche sich senkrecht zur Achse A erstreckt.
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Dies ist auch in 9 angedeutet, die einen axialen Endbereich eines Sperrzahns 42 und eines Einspurzahns 44 der Schiebemuffe 12 gemäß der 8 in Radialrichtung gesehen abbildet.
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Die in Umfangsrichtung beidseitig angespitzten axialen Zahnenden der Sperrzähne 42 weisen gemäß 9 Sperrschrägen 52 auf, die mit der Achse A einen Winkel α einschließen, der maximal 60° beträgt. Die beiden Sperrschrägen 52 bilden dementsprechend eine Dachform mit einem Dachwinkel β aus, wobei gilt: β = 2α.
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Der axiale Abstand zwischen dem Schnittpunkt der beiden Sperrschrägen 52 und dem Schnittpunkt einer Sperrschräge 52 mit einer angrenzenden Zahnflanke 36 beträgt hier im Übrigen deutlich mehr als 18 % der Zahnbreite b des jeweiligen Schiebemuffenzahns 18.
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Im Gegensatz zu den Sperrzähnen 42 weisen die stumpfen Zahnenden der Einspurzähne 44 gemäß 9 eine ebene Stirnfläche auf, die senkrecht zur Achse A verläuft.
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Ein geringes Verdrehflankenspiel zwischen der Schiebemuffe 12 und dem Kupplungskörper 14 ist bei dieser einfachen, komplett ebenen Stirnflächenausführung der Einspurzähne 44 nur deshalb möglich, weil die Kupplungskörperzähne 20, wie oben beschrieben, eine konvexe Stirnfläche aufweisen.
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Die 10 zeigt alternative Ausführungsvarianten für die Einspurzähne 44 der Schiebemuffe 12, bei denen die stumpfen Zahnenden der Einspurzähne 44 eine konvexe Stirnfläche aufweisen. Die konvexe Stirnfläche erstreckt sich dabei in Umfangsrichtung jeweils von einem Fußpunkt 28 angrenzend an eine Zahnflanke 30 des Schiebemuffenzahns 18, über einen axial vorstehenden Scheitelabschnitt 32 bis zu einem Fußpunkt 34 angrenzend an eine entgegengesetzte Zahnflanke 36 des Schiebemuffenzahns 18. Dabei beträgt der axiale Abstand a zwischen dem Scheitelabschnitt 32 und jedem der Fußpunkte 28, 34 maximal 18 %, insbesondere maximal 10 % einer Zahnbreite b des Schiebemuffenzahns 18, wobei die Zahnbreite b der in Umfangsrichtung gemessenen, tangentialen Abmessung des Schiebemuffenzahns 18 entspricht und in der Größenordnung von etwa 2 mm liegt.
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Die angegebene konvexe Kontur des Zahnendes eines Einspurzahns 44 entspricht damit der konvexen Kontur des Zahnendes eines Kupplungskörperzahns 20, wie sie anhand der 7 bereits beschrieben wurde, so dass auf obige Ausführungen verwiesen werden kann.
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Alternativ oder zusätzlich zur konvex ausgebildeten Stirnfläche der Kupplungskörperzähne 20 gemäß 7a und 7b können folglich auch die Stirnflächen der Einspurzähne 44 gemäß 10 konvex ausgeführt sein. Ein gewünschtes, das heißt geringes Verdrehflankenspiel zwischen der Schiebemuffe 12 und dem Kupplungskörper 14 lässt sich bereits realisieren, wenn entweder die Zahnenden der Kupplungskörperzähne 20 oder die Zahnenden der Einspurzähne 44 eine konvexe Stirnfläche aufweisen.
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Synchronisierkupplungen mit angespitzten Zahnenden lässt sich durch die konvexen Stirnflächen der Kupplungskörperzähne 20 und/oder der Einspurzähne 44 außerdem die axiale Baulänge der Synchronisierkupplung 10 deutlich verringern.
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Im Ausführungsbeispiel gemäß
4 weisen die Synchronisierkupplung
10 eine Nabe
58 und die Synchronisiereinheit ein Druckstück
26 zur Vorsynchronisierung auf, wobei die Nabe
58 einen Nabenflansch
60 sowie einen Nabensteg
62 umfasst. Das konkret dargestellte Druckstück
26 hat dabei eine große radiale Abmessung und erstreckt sich vom Nabenflansch
60 bis in den Nabensteg
62. Selbstverständlich ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch denkbar, ein in radialer Richtung besonders kompakt bauendes Druckstück
26 einzusetzen, das ausschließlich im Nabenflansch
60 aufgenommen ist und sich nicht in den Nabensteg
62 erstreckt. Ein solches Druckstück
26 ist beispielsweise aus der
EP 1 715 210 B1 bekannt und führt zu einer geringeren Schwächung des Nabenstegs
62 der Nabe
58, sodass dessen axiale Abmessung reduziert werden kann. Auf diese Weise lässt sich durch die Verwendung eines radial besonders kompakten Druckstücks
26 die axiale Baulänge der Synchronisierkupplung
10 gegebenenfalls noch weiter verringern.
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Die 11 zeigt eine perspektivische Detailansicht des Synchronrings 22 der Synchronisierkupplung 10 gemäß 4, der so wie dargestellt oder dessen Zähne beim Synchronring in der erfindungsgemäßen Synchronkupplung einsetzbar ist.
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In Umfangsrichtung gesehen weist der Synchronring 22 gezahnte Ringsegmente 54 mit Synchronringzähnen 24 sowie zahnlose Ringsegmente 56 ohne Synchronringzähne 24 auf. Gemäß 11 sind die zahnlosen Ringsegmente 56 dort vorgesehen, wo sogenannte Indexlappen zur Festlegung einer begrenzten Relativdrehung des Synchronrings 22 oder Axialanschläge zur Schaltwegbegrenzung bzw. Aussparungen für Axialanschlagelemente 57 an den Synchronring 22 angeformt sind.
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Im zusammengesetzten Zustand der Synchronisierkupplung 10 sind die Schiebemuffe 12 und der Synchronring 22 in Umfangsrichtung so zueinander ausgerichtet, dass jede Sperrzahngruppe 46 der Schiebemuffe 12 axial angrenzend an ein gezahntes Ringsegment 54 und jede Einspurzahngruppe 48 der Schiebemuffe 12 axial angrenzend an ein zahnloses Ringsegment 56 des Synchronrings 22 angeordnet ist (siehe auch 4).
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12 zeigt die synchronisierte Kupplung gemäß einer Ausführungsform, die als schaltbare Kupplung zwischen einem Nebenaggregat, zum Beispiel einen Kompressor und einem Verbrennungsmotor positioniert ist. Zu betonen ist, dass die bislang eingeführten Teile und Abschnitte dieser Teile mit den bereits eingeführten Bezugszeichen versehen sind.
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Die Funktionalität dieser bereits eingeführten Teile entspricht der in den vorherigen Figuren erläuterten Teile, insbesondere die Zahnformen können den zuvor erwähnten Zahnformen entsprechen, sodass nicht mehr auf die detaillierten Geometrien dieser Zahnformen, insbesondere der Zahnenden eingegangen werden muss.
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Das Nebenaggregat weist eine Antriebswelle 100 auf, die über die Synchronisierkupplung mit dem Verbrennungsmotor gekoppelt werden kann. Auf Seite des Verbrennungsmotors ist ein Antriebsrad 102 in Form eines Zahnrads vorgesehen, welches angetrieben wird.
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Mit dem Antriebsrad 102 ist ein topfförmiges Hohlrad 104 gekoppelt, das aber auch einstückiger Teil des Antriebsrads 102 sein kann. Das Hohlrad 104 ist über ein Drehlager 106 auf der Antriebswelle 100 drehbar gelagert.
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Die Antriebswelle 100 wiederum ist über ein Drehlager 108 im Gehäuse 110 des Nebenaggregats drehbar gelagert.
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Ein schaltbarer Aktuator 112, hier in Form von einem oder mehreren pneumatische angetriebenen Kolben-Zylinder-Einheiten, ist im Gehäuse 110 angebracht. Am Kolben 114 sitzt ein Schieber in Form eines Hohlrads 116, das über ein Drehlager 118 drehbar am Kolben 114 gelagert ist. Das Hohlrad 116 hat optional auf seiner radialen Innenseite eine axiale Führungsverzahnung 120, in der eine Verzahnung 122 der Schiebemuffe 12 aufgenommen ist. Die Schiebemuffe 12 umfasst einen radialen Flansch 124 sowie einen Zylinderabschnitt 126.
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Eine Vorspanneinrichtung 128 in Form von Tellerfederpaketen ist in einem Ringraum zwischen dem Hohlrad 104 und dem Zylinderabschnitt 126 aufgenommen. Das Tellerfederpaket ist axial zwischen dem Hohlrad 104 und dem Flansch 124 eingespannt und drückt die Kupplung in einen normal-geschlossenen Zustand.
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Mit dem Bezugszeichen 22 ist der Synchronring dargestellt, der in dieser Variante einen Konus 130 besitzt, welcher auf der Reibfläche 132 eines Konus 134 des Kupplungskörpers 14 auflaufen kann. Radial außenseitig liegt auf dem Konus 130 des Synchronrings 22 der Konus 136 eine Außenverzahnung aufweisenden Ringes 136 an, der über eine Brücke 140 mit dem Hohlrad 104 und dem Antriebsrad 102 fest verbunden ist. Die Schiebemuffenzähne 18 sind permanent mit der Außenverzahnung des Ringes 136 in Eingriff, sodass die Schiebemuffe 12 permanent drehangetrieben wird. Ein radial nach außen federbelastetes Druckstück 150 sorgt für eine stabile Ausgangsstellung der Schiebemuffe 12 und kann in eine innenseitige Ausnehmung in der Schiebemuffe 12 eingreifen.
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Optional kann der Kupplungskörper 14 an einen Zwischenteil 160 angebracht sein oder Teil desselben bilden, welches über eine Verzahnung 162 mit der Antriebswelle 100 permanent drehfest gekoppelt ist.
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Radial innenseitig hat die Schiebemuffe 12 die Schiebemuffenzähne 18, welche z.B. in den 9 und 10 gezeigt sind oder Zähne, wie sie nachfolgend in 13 dargestellt sind.
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Das Besondere der Zähne 18 besteht gemäß 13 darin, dass die aneinander zugewandten Seitenflanken 30', 36' umfangsmäßig unmittelbar benachbarte Schiebemuffenzähne 18 in radialer Ansicht in Richtung O, also in Richtung vom Kupplungskörper weg, keilförmig aufeinander zu laufen und einen keilförmig zulaufenden Spalt 200 bilden und im geschlossenen Zustand ein zugeordneter Kupplungskörperzahn 20 in dem keilförmigen Spalt in Umfangsrichtung spielfrei geklemmt ist (siehe 13D).
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Die in Umfangsrichtung voneinander weg weisenden Seitenflanken 30"', 36'" von Schiebemuffenzähnen 18, die nebeneinander liegen, sind vorzugsweise nicht schräg zur Axialrichtung (in radialer Ansicht), sondern verlaufen in Axialrichtung.
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Zusätzlich oder zumindest optional haben zumindest einige der Kupplungskörperzähne 20 in radialer Ansicht jeweils entgegengesetzte Seitenflanken 30", 36", die in Richtung O, also hier zur Schiebemuffe hin, zu ihrem freien Ende keilförmig zulaufen und im geschlossenen Zustand in jeweils einem zugeordneten keilförmigen Spalt 200 zwischen zwei in Umfangsrichtung unmittelbar benachbarten Schiebemuffenzähnen 18 in Umfangsrichtung spielfrei geklemmt sind (siehe 13D).
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Die aneinander zugewandten Seitenflanken 30', 36' umfangsmäßig unmittelbar benachbarte Schiebemuffenzähne 18 haben an ihrem dem Kupplungskörper nahen (in 13 rechten) Ende jeweils eine Einweiserschräge 202, die nur auf diese Seitenflanken 30', 36' ausgeformt sind und die zusammen einen Einlaufkonus 206 bilden, der in den Spalt 200 übergeht. Der Rest der zum Kupplungskörper weisenden Stirnseite der Schiebemuffenzähne 18 ist flach und stumpf ausgebildet.
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Die Form der Seitenflanke 30', 30", 36', 36" und optional 30'" und 36'" ist auch bei den Zähnen nach den 7a, b, 9 und 10 vorhanden.
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Es sind mehr Kupplungskörperzähne 20 als Spalte 200 vorhanden, wie in 13 zu erkennen ist, so dass .im normal-geschlossenen Zustand (13D) ein Kupplungskörperzahn 20' ohne Drehmoment übertragen zu können, d.h. mit Umfangsspiel, in einem Zwischenraum 210 zwischen zwei Paaren von Schiebemuffenzähnen 18 liegt.
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Die Verzahnung der Schiebemuffe 12 ist im geschlossenen Zustand mit der Verzahnung des Kupplungskörpers 14 in Eingriff.
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Im Ausführungsbeispiel nach den 12 und 13 sind die Stirnflächen aller Kupplungskörperzähne 20 vorzugsweise identisch und entweder konvex oder flach ausgebildet, wie bereits oben anhand der 7a, b beschrieben.
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Alle Kupplungskörperzähne 20 sind hier in axialer Richtung gleich lang und insbesondere identisch ausgebildet.
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Die Schiebemuffenzähne 18 sind in axialer Richtung ebenfalls gleich lang und vorzugsweise wie in 13 gezeigt ausgebildet oder als Sperrzähne 42, als Einspurzähne 44 oder als Übergangszähne 50 ausgebildet, wobei die Sperrzähne 42 jeweils ein in Umfangsrichtung beidseitig angespitztes axiales Zahnende aufweisen. Wichtig ist aber auch bei der entsprechend anderen Zahnform der Schiebemuffenzähne 18, dass die keilförmigen Spalte 200 gebildet sind. Die Einspurzähne 44 weisen jeweils ein stumpfes axiales Zahnende auf, wobei die Stirnfläche der stumpfen Zahnenden im vorliegenden Ausführungsbeispiel insbesondere eben ist und senkrecht zur Achse A verläuft.
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Alternativ ist jedoch auch denkbar, dass die Stirnflächen der Einspurzähne 44 konvex ausgebildet sind, wie bereits oben anhand der 10 beschrieben. Um einen scharfkantigen Übergang zwischen den Stirnflächen und den Zahnflanken 30, 36 zu vermeiden, können auch hier im Bereich der Fußpunkte 28, 34 vorhandene Kanten oder Ecken innerhalb der Herstellungstoleranzen abgerundet oder angeschrägt sein.
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Die 13A zeigt einen offenen Zustand der Synchronisierkupplung, wenn der Aktuator 112 die Schiebemuffe nach links gedrückt hat.
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Die axialen Zahnenden der Schiebemuffenzähne 18 sind sowohl von den Synchronringzähnen 24 als auch von den Kupplungskörperzähnen 20 axial beabstandet.
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Wie bei einer herkömmlichen Synchronisierkupplung 10' dreht sich die Schiebemuffe 12, während die Antriebswelle 100, an der der Kupplungskörper 14 befestigt ist, eine von der Schiebemuffe 12 verschiedene Drehzahl aufweist.
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Wenn die Kraft des Aktuators 112 reduziert oder weggenommen wird, drückt die Vorspanneinrichtung 128 die Schiebemuffe 12 nach rechts (siehe 13B). Wird die Schiebemuffe 12 durch diese Kraft F axial in Richtung zum Kupplungskörper 14 hin verschoben, so wirkt die Vorsynchroneinheit auf den Synchronring 22 ein und drückt diesen auf eine abtriebsradseitige Reibfläche 132.
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Die Schiebemuffenzähne 18 drücken an den Einweiserschrägen 202 in der Sperrstellung nach 13B auf die Synchronringzähne 24 und der Drehzahlangleich zwischen der Schiebemuffe 12 und dem Kupplungskörper erfolgt. Sind die Drehzahlen synchronisiert, ist ein weiteres axiales Verschieben der Schiebemuffe 12 in Richtung zum Kupplungskörper 14 hin möglich (13 C). Entweder treffen die Schiebemuffenzähne 18 gleich in die Zwischenräume zwischen benachbarten Kupplungskörperzähnen 20 oder sie stoßen stirnseitig aneinander an (13C). Aufgrund der Drehzahlschwankungen, die eingangs- und/oder ausgangsseitig auftreten, ergibt sich eine Relativdrehung zwischen Schiebemuffe und Kupplungskörper, so dass die Zähne sofort in die eingekuppelte Stellung nach 13D rutschen, in der die keilförmigen Kupplungskörperzähne 20 in die komplementär gewinkelten Spalte 200 eindringen und in Umfangsrichtung Spielfreiheit in beiden Drehrichtungen vorliegt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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