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Synchronisier- und Gangschaltvorrichtung, insbesondere für Kraftfahrzeug-Wechselgetriebe
Die Erfindung bezieht sich auf eine Synchronisier-und Gangschaltvorrichtung, insbesondere
für Kraftfahrzeug-Wechselgetriebe, bei der neben einem auf seiner Welle lose drehbaren,
axial unverschiebbaren Zahnrad ein mit der Welle drehfest verbundener, axial unverschiebbarer
Muffenträger angeordnet ist, der eine axial verschiebbare, mit ihm drehfeste, mit
Gegenklauen versehene Schaltmuffe trägt, die mit einem mit dem Zahnrad verbundenen
Kupplungsklauenkranz in Eingriff gebracht werden kann, wobei in Ausnehmungen des
Muffenträgers ein axial verschiebbarer, begrenzt drehbarer, eine kegelige Gegenreibfläche
aufweisender Synchronring vorgesehen ist, dessen Gegenreibfläche mit einer konischen
Reibfläche am Zahnrad zum Erzielen des Gleichlaufs vor dem Einrücken der Gegenklauen
in den Kupplungsklauenkranz zusammenwirkt, wozu die Verschiebebewegung der Schaltmuffe
über radial gerichtete, in radialer Richtung federnd nachgiebige übertragungsglieder
auf den Synchronring übertragbar ist und zum Sperren der Schaltbewegung radial gerichtete,
in radialer Richtung federnd nachgiebige Kegelrollen vorgesehen sind und die Anpreßkraft
durch mit Keilflächen des Synchronringes und dem Muffenträger zusammenwirkende Anpreßkörper
verstärkt wird.
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Eine Synchronisiervorrichtung mit Keilflächen am Synchronring und
am Muffenträger zur Verstärkung des Anpreßdruckes ist bereits bekannt, bei der die
am Synchronring und am Muff enträger vorgesehenen Keilflächen bei einer Relativdrehung
aufeinandergleiten, wobei der Synchronring axial verschoben und an die Reibflächen
des in der Drehzahl anzugleichenden Teiles angepreßt wird. Die bei dieser Ausführung
vorhandene Gleitreibung bewirkt eine Richtungsänderung der Normalkraft, die eine
sehr bedeutende Verminderung der selbsttätigen Anpressung hervorruft, wodurch sich
der Schaltvorgang zwangläufig auf eine längere Zeit erstreckt. Ein Ausgleichen des
Reibungswiderstandes durch eine Korrektur des Gleitwinkels kann jedoch nicht vorgenommen
werden, da sonst die Gefahr des Blockierens besteht (deutsche Patentanmeldung D
19 78311/63 c).
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Eine bereits bekannte Synchronisiervorrichtung sieht zur Verstärkung
des Anpreßdruckes ebenfalls Anpreßrollen vor, die jedoch auf an dem Schaltmuffenträger
radial angeordneten Drehachsen drehbar gelagert sind und mit Keilflächen des Synchronringes
zusammenarbeiten. Gegenüber obiger bekannter Ausführung ist bei dieser der Reibungswiderstand
gering. Es tritt aber eine Gleitreibung an den Lagerstellen der Rollen auf, -die
um so größer ist, je größer das Verhältnis des Drehachsendurchmessers zum Außendurchmesser
der Rollen ist. Um ein gleichmäßiges Tragen aller Anpreßrollen zu erzielen, ist
eine aufwendige Genauigkeit der Drehachsen, ihrer Lagerung im Muffenträger und der
Anpreßrollen erforderlich (deutsche Auslegeschrift 1167 126).
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Zur Verstärkung des Anpreßdruckes wurden bei einer bekannten Synchronisiervorrichtung
Klemmrollen verwendet, die auf einem zylindrischen, radial federnden, an eine Reibtrommel
anpreßbaren Reibring drücken und mit Keilflächen zusammenwirken. Die Anpreßkraft
der Rollen wirkt bei dieser Ausführung senkrecht auf die Reibfläche, wobei die Anpreßkraft
des Reibringes gleich der Anpreßkraft der Rollen ist.
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Diese Anpreßkraft ist aber bei der bekannten Synchronisiervorrichtung
groß. Außerdem ist es bei der bekannten Ausführung aus Platzgründen nicht möglich,
den Rollendurchmesser sehr groß zu wählen. Es muß dadurch eine sehr hohe Flächenpressung
in Kauf genommen werden, was sehr rasch eine Formveränderung sowohl der Rollen als
auch der Keilflächen und somit den Ausfall der selbsttätigen Anpressung bringt (deutsche
Patentschrift 557434).
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Dieselben Nachteile gelten auch für eine andere bekannte Synchronisiervorrichtung
mit gleicher Anordnung der Anpreßrollen, die jedoch mit Reibbacken in Form von Ringsegmenten
an Stelle des zylindrischen, radial federnden Reibringes zusammenarbeiten (deutsche
Patentschrift 1133 188).
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Es ist weiterhin eine Synchronisier- und Gangschaltvorrichtung bekannt,
bei der auf radialen Drehachsen der Schaltmuffe Rollen gelagert sind, über die die
Schaltkraft auf in radialer Richtung angeordnete Keilflächen des Synchronringes
übertragen wird. Die Anpreßrollen sind bei dieser Ausführung zylindrisch und in
ihrer Axialrichtung unverschiebbar an der
Schaltmuffe abgelagert.
Aus diesen Gründen ist eine sehr aufwendige Fertigungsgenauigkeit erforderlich,
um ein gleichmäßiges Tragen aller Rollen zu erreichen, was Grundbedingung einer
brauchbaren Synchronisiervorrichtung ist (USA.-Patentschrift 2322840).
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Eine Synchronisier- und Gangschaltvorrichtung mit radial angeordneten
Drehachsen, die in ihrer Axialrichtung verschiebbar und an ihrem äußeren Ende mit
kegelförmigen Flächen versehen sind, mit denen sie in Ausnehmungen der Schaltmuffe
eingreifen und diese in der Neutralstellung verrasten, die auch als Einrücksperre
vor Erreichen des Gleichlaufs dienen, ist bereits bekannt. Die Drehachsen sind jedoch
bei dieser Ausführung nicht an der Schaltmuffe gelagert, sondern am Muffenträger.
Das kegelförmige Teil der Drehachsen ist also nicht axial zur Schaltwelle verschiebbar
und arbeitet nicht unmittelbar mit den Synchronringen zusammen. Es ist also eine
zusätzliche Andrückvorrichtung zum Erzeugen der Vorpreßkraft der Synchronringe durch
die Schaltmuffe an die Gegenreibfläche des Zahnrades erforderlich. Durch die Schaltmuffe
kann über die kegelförmigen Drehachsen keine Anpreßkraft auf die Synchronringe ausgeübt
werden infolge der axial unverschiebbaren Anordnung der Drehachsen (deutsche Auslegeschrift
1167 126).
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Es ist schließlich noch eine Synchronisiervorrichtung bekannt, beider
Zugfedern die Aufgabe haben, einen mit einem Synchronring drehbar und axial formschlüssig
verbundenen Teilring in einer Richtung konstant gedreht zu halten. Diese Zugfedern
sind nicht axial, sondern in Umfangsrichtung angeordnet, stehen nur mittelbar mit
dem Synchronring in Verbindung, üben keine Rückholkraft in Axialrichtung auf den
Synchronring aus und sind in einem freien Raum des Muffenträgers, der nach außen
durch die Schaltmuffe begrenzt ist, angeordnet (deutsche Auslegeschrift 1065 282).
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine größtmögliche selbsttätige
Verstärkung der Anpreßkraft des Synchronringes an die Gegenreibfläche des Zahnrades
zu erzielen, um die Schaltzeiten ohne Mehraufwand der Schaltkraft zu verkürzen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Anpreßkörper
lose in durch Ausnehmungen des Muff enträgers und Ausnehmungen des Synchronringes
gebildeten Käfigen so lagern, daß bei Drehung des Synchronringes eine axiale Kraftkomponente
entsteht.
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Gemäß einem Merkmal der Erfindung sind die Anpreßkörper als Rollen
ausgebildet, die zwischen je zwei gegeneinandergerichteten Keilflächen am Synchronring
und am Muff enträger angeordnet sind, von denen je eine Keilfläche des Synchronringes
und des Muffenträgers zueinander parallel sind.
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Bei sehr hohen Beanspruchungen und insbesondere bei Verwendung üblicher
Werkstoffe für den Synchronring zur Erzielung einer günstigen Reibpaarung, die nur
geringe Oberflächenhärte haben, werden erfindungsgemäß Anpreßkörper als Viereck-Klemmkörper
verwendet, welche den Vorteil einer höheren Verschleißfestigkeit bringen.
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Die Erfindung sieht in einer weiteren Ausführungsform Anpreßkörper
vor, die als Dreieck-Klemmkörper ausgebildet sind. Eine axiale Kraftkomponente bei
Drehung des Synchronringes wird dadurch erzeugt, daß der Synchronring mit Kurvenflächen
versehen ist, die mit den Seitenflächen der Dreieck-Klemmkörper zusammenwirken.
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Bei einer Doppelkupplung werden erfindungsgemäß die Anpreßkörper für
beide Synchronringe nicht paarweise nebeneinander in Axialrichtung, sondern hintereinander
in Umfangsrichtung angeordnet. Es kann dadurch Bauraum gespart und/oder die Anpreßkörper
können größer ausgebildet werden, wodurch ihre Beanspruchung herabgesetzt wird.
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Um eine weitgehende Unabhängigkeit von Fertigungsgenauigkeit im Hinblick
auf eine gute Reibflächenanlage zu erzielen, ist die erfindungsgemäße Synchronisier-
und Gangschaltvorrichtung so ausgebildet, daß der Anpreßkreis der Anpreßkörper kleiner
ist als der mittlere Reibflächenkreis.
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Der Anteil der ,durch die Anpreßkörper hervorgerufenen selbsttätigen
Anpressung im Verhältnis zu der von Hand aufzubringenden Schaltkraft ist um so größer,
je ungehinderter der Synchronring sich relativ zum Muffenträger drehen kann. Der
gegen die Relativdrehrichtung des Synchronringes wirkende, über die Schaltmuffe
eingeleitete Teil der Schaltkraft, der z. B. bei einer Riegelverzahnung oder anderen
bekannten Sperrvorrichtungen, deren Sperrflächen als Keilflächen zur Rückführung
des Synchronringes in die Neutralstellung, die vor allem wegen der Gleitreibung
unter meist sehr großem Keilwinkel ausgebildet werden müssen, wirkt nämlich der
vorteilhaften Funktion der Anpreßkörper entgegen und vermindert die selbsttätige
Anpressung.
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Um diese Nachteile zu vermeiden, sieht die Synchronisier- und Gangschaltvorrichtung
eine EinTichtung zum Sperren .des Einrückens vor Erreichen des Gleichlaufs vor,
die gleichzeitig zum übertragen der Schaltbewegung auf den Synchronring dient und
erfindungsgemäß so ausgebildet ist, daß an der Schaltmuffe radial gerichtete, radial
federnd nachgiebige Kegelrollen drehbar gelagert sind, die unmittelbar mit den Synchronringen
in Wirkverbindung stehen.
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Die Synchronringe weisen an ihrem äußeren Umfang entsprechend der
Kegelform der Kegelrollen radial abgeschrägte Keilflächen auf; mit denen die Kegelrollen
zusammenarbeiten. Außerdem sind die Synchronringe mit mittleren Schrägflächen versehen,
an denen die Kegelrollen in der Neutralstellung anliegen und die Schiebemuffe arretieren.
Bei einer Schaltbewegung wirkt die Schaltkraft durch die Schaltmuffe über die Kegelrollen
zunächst auf die mittleren Schrägflächen des Synchronringes, wodurch dieser an der
Gegenreibfläche des Zahnrades zur Anlage gebracht wird und sich relativ zum Muffenträger
dreht, wobei die Kegelrollen gegen ihren Federdruck radial gegen die Schaltmuffe
angehoben werden und nun zu den radial abgeschrägten Keilflächen des Synchronringes
übergehen, die die Schaltmuffe vor Erreichen des Gleichlaufs sperren. Durch die
vorteilhafte Abfederung der Kegelrollen wird trotz größerer Fertigungsungenauigkeit
ein weitgehend gleichmäßiges Tragen aller Kegelrollen erzielt.
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Die Kegelrollen werden zweckmäßigerweise mit einem Lagerschaft ausgebildet,
mit dem sie in Lagerbohrungen der Schaltmuffe abgelagert sind. Ist aus konstruktiven
Gründen nicht genügend Schaftlänge möglich, so werden die Kegelrollen als Kegelringe
ausgebildet, die auf feststehenden Drehachsen der Schaltmuffe drehbar gelagert sind.
Damit
die Kegelrollen bzw. Kegelringe, insbesondere im belasteten Zustand, eine gute axiale
Ablagerung erhalten, sind sie mit einem abgesetzten Bund versehen.
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Die die Kegelrollen bzw. Kegelringe an die Synchronringe andrückenden
Federn sind als Flachfedern ausgebildet, die quer zur Axialrichtung angeordnet und
an beiden Enden mit verlängerten Zungen versehen sind, die in eine Ausnehmung der
Schaltmuffe eingreifen.
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Die Synchronringe werden in an sich bekannter Weise mit vorgespannten
Zugfedern nachgiebig zusammengehalten, die erfindungsgemäß in in Axialrichtung eingearbeiteten
zylindrischen Ausnehmungen .des Muffenträgers angeordnet sind. Die Zugfedern besitzen
an ihren Enden Abflachungen, mit denen sie in schwalbenschwanzförmige Ringnuten
der Synchronringe eingreifen, was den Vorteil hat, daß sich das Federende widerstandslos
in Umfangsrichtung entsprechend der relativen Drehbewegung des Synchronringes verschieben
kann.
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In den Zeichnungen sind in der nachfolgenden Beschreibung näher erläuterte
Ausführungsformen der Synchronisier- und Gangschaltvorrichtung nach der Erfindung
dargestellt. Es zeigt F i g. 1 einen Axialschnitt durch eine Synchronisier- und
Gangschaltvorrichtung gemäß der Erfindung, F i g. 2 den Schnitt nach der Linie II-II
der F i g. 1, wobei die als Rollen ausgebildeten Anpreßkörper in Neutralstellung
sind, F i g. 3 den gleichen Schnitt nach der Linie II-II der F i g. 1, wobei sich
die Rollen in Arbeitsstellung befinden, F i g. 4 den vorherigen Schnitt, wobei sich
die als Viereck-Klemmkörper ausgebildeten Anpreßkörper in Neutralstellung befinden,
F i g. 6 den Schnitt nach der Linie II-II der F i g.1, wobei die als Dreieck-Klemmkörper
ausgebildeten Anpreßkörper in Neutralstellung sind, F i g. 7 .den Schnitt nach der
Linie II-II der F i g.1, wobei die Dreieck-Klemmkörper in Arbeitsstellung sind,
F i g. 8 den Schnitt nach der Linie II-11 der F i g.1, wobei die als Rollen .ausgebildeten
Anpreßkörper hintereinander und versetzt angeordnet sind und sich in Neutralstellung
befinden, F i g. 9 einen Teilschnitt nach der Linie 1-I der F i g. 1, F i g.10 .die
Ansicht auf die Sperrvorrichtung in Abwicklung nach der Linie IV-IV der F i g. 9
in Neutralstellung der Schaltmuffe, F i g. 11 die Ansicht auf die Sperrvorrichtung
in Abwicklung nach der Linie IV-IV der F i g. 9 in Arbeitsstellung, F i g. 12 einen
vergrößerten Schnitt nach der Linie III-III der F i g. 9 mit einer Kegelrolle und
der Schaltmuffe in Arbeitsstellung, F i g. 13 einen Schnitt nach der Linie 111-III
der F i g. 9 mit der Schaltmuffe in eingerückter Stellung, F i g. 14 eine Ausführung
mit einem auf einer Drehachse angeordneten Kegelring, F i g. 15 eine perspektivische
Darstellung eines Ausschnittes des Synchronringes mit seiner Zugfeder.
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In dem in .den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiel einer
Synchronisier- und Gangschaltvorrichtung ist diese doppelseitig wirkend, wobei eine
Welle 1 wahlweise mit einem von zwei auf ihr lose drehbar gelagerten Zahnrädern
2 und 3 gekuppelt werden kann. Auf der Welle 1 ist zwischen den Zahnrädern 1 und
2 ein Muffenträger 4 z. B. durch ein Keilprofil sowohl drehfest als auch axial unverschiebbar
befestigt. Die beiden Zahnräder 2 und 3 tragen je einen fest mit ihnen verbundenen
Kupplungskörper 5 bzw. 6, die mit einem Kupplungsklauenkranz 7 bzw. 8, in denen
wahlweise Gegenklauen 9 einer Schaltmuffe 10 in Eingriff gebracht werden können,
und mit konischen Reibflächen 11 bzw. 12, die mit an Synchronringen 13 und 14 gebildeten
Gegenreibflächen 15 bzw. 16 zusammenwirken, ausgebildet sind. Die Synchronringe
13 und 14 bilden die Innenreibteile und sind in Ringnuten 17 und 18 am Muffenträger
4 eingesetzt. Sie sind so angeordnet und ausgebildet, daß sie sich gegenüber dem
Muffenträger 4 nur begrenzt drehen können.
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In dem Synchronring sind gleichmäßig auf dem Umfang verteilt von innen
her Ausnehmungen derartig eingearbeitet, daß sie in Umfangsrichtung geneigte Keilflächen
19 und 20 .aufweisen (F i g. 2). Gleichartige, jedoch entgegengesetzt
von außen her eingearbeitete Ausnehmungen mit geneigten Keilflächen 21. und
22 besitzt der Muffenträger 4
(F i g. 2). Die Keilflächen am Synchronring
und am Muffenträger bilden zusammen geschlossene Käfige 25 bzw. 60 und 61 (F i g.
8), in denen lose, als Rollen 23 ausgebildete Anpreßkörper lagern und mit den Keilflächen
19 und 22 bzw. 20 und 21 zusammenwirken.
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An Stelle der Rollen 23 können für besondere Fälle Viereck-Klemmkörper
30 verwendet werden, die jedoch mit anders geformten Ausnehmungen 29
des Muffenträgers
31 und des Synchronringes 32 zusammenarbeiten (F i g. 4 und 5).
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Eine weitere Ausführung der Anpreßkörper zeigen F i g. 6 und 7. Hier
finden Dreieck-Klemmkörper 40 Verwendung, die ebenfalls in entsprechend geformten
Ausnehmungen 49 des Muffenträgers 41 und des Synchronringes 42 liegen und mit Kurvenflächen
43 bzw. 44 am Synchronring und mit Gegenflächen 46 bzw. 45 am Muffenträger
zusammenarbeiten.
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Um Bauraum sparen bzw. die Anpreßkörper größer ausbilden zu können,
werden letztere, die in F i g. 8 als Rollen 55 und 56 dargestellt sind, am Muffenträger
57 nicht axial nebeneinander, sondern hintereinander in Umfangsrichtung angeordnet.
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Zum übertragen der Schaltbewegung der Schaltmuffe auf die Synchronringe
13 und 14 bzw. 32 und 42 bzw. 58 und 59 dienen an der Schaltmuffe 10 angeordnete,
drehbar gelagerte Kegelrollen 70, die unter Druck einer Feder 72 in ihrer Axialrichtung
verschiebbar sind und in der Neutralstellung in entsprechende Vertiefungen 73 und
74 der Synchronringe einrasten. Die Kegelrollen 70 haben auch die Aufgabe, die Schaltmuffe
10 bis zum Erreichen des Gleichlaufs vor dem Einrücken in den Kupplungsklauenkranz
des zu kuppelnden Zahnrades zu sperren, indem sie mit Keilflächen 75 und 76 bzw.
77 und 78 zusammenarbeiten.
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Um die Synchronringe 13 und 14 nach der Synchronisierarbeit wieder
in die Neutrallage zurückzuführen und sie in der Neutrallage nachgiebig zu fixieren,
sind Zugfedern 90 vorgesehen, die in zylindrischen Ausnehmungen 91 des Muffenträgers
angeordnet
sind und mit ihren beiden Enden 92 und 93 in schwalbenschwanzförmige
Ringnuten 94 und 95 eingreifen.
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Die Wirkungsweise der Synchronisier- und Gangschaltvorrichtung ist
folgende: Wird ein Schaltvorgang eingeleitet, um eines der beiden Zahnräder 2 und
3 mit der Welle 1 zu kuppeln, so wird die Schaltmuffe 10 aus ihrer Neutralstellung
in die gewünschte Axialrichtung verschoben. Wird die Schaltmuffe 10 in F i g. 1
beispielsweise nach links verschoben, um das Zahnrad 3 zu kuppeln, so drücken die
an .der Schaltmuffe 10 gelagerten Kegelrollen 70 an eine mittlere Schrägfläche 80
(F i g. 10 und 11) des Synchronringes 14, wodurch sich dieser mit seiner kegeligen
Gegenreibfläche 16 an die konische Reibfläche 12 des Zahnrades 3 anlegt. Dreht sich
das Zahnrad 3 in Pfeilrichtung x (F i g. 11) hierbei relativ schneller als die Welle
1, so wird der Synchronring 14 vom Zahnrad 3 in die gleiche Richtung aus der Neutralstellung
mitgenommen. Die Kegelrollen 70 werden hierdurch in Drehung versetzt und gleichzeitig
infolge des Schrägangriffes der Kraft in Pfeilrichtung y (F i g. 12) in ihrer Axialrichtung
unter dem Druck der Feder 72 gegen die Schaltmuffe 10 verschoben (F i g. 12). Die
Kegelrollen 70 gehen dabei von der mittleren Schrägfläche 80 in in Radialrichtung
abgeschrägte Keilflächen 77 über und verhindern dadurch das Durchschalten der Schiebemuffe
10. Der Synchronring 14 dreht sich relativ zum Muffenträger 4 so weit, bis nach
einem Weg b (F i g. 3) die Rollen 23 belastet werden. Sobald Gleichlauf eingetreten
ist, hört die in Umfangsrichtung wirkende Kraft U auf. Der Synchronring 14 wird
infolge der Keilflächen 77 von den Kegelrollen 70 in die Neutrallage zurückgedrückt,
und die Gegenklauen der Schaltmuffe 10 können unter Zusammendrücken der Feder 72
nun mit dem Kupplungsklauenkranz des Zahnrades 3 in Eingriff gebracht werden.
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Durch den mit den Kegelrollen 70 erzielten Fortfall der Gleitreibung
und den damit außerdem möglichen kleineren Keilwinkel ß der Keilflächen 75, 76,
77 und 78 wird den Synchronringen 13 und 14 weitaus weniger von der Schaltkraft
abhängiger Widerstand gegen ihre Drehrichtung entgegengesetzt, was die selbsttätige
Verstärkung der Synchronisierwirkung erheblich steigert.
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Durch die axiale Abfederung der Kegelrollen 70 durch die Federn 72
ist keine aufwendige Fertigungsgenauigkeit -erforderlich, und es wird trotzdem ein
gleichmäßiges Tragen aller Kegelrollen erzielt. Die mit den Kegelrollen 70 zusammenarbeitenden
Keilflächen 75 und 76 bzw. 77 und 78 sind entsprechend den Kegelrollen in der Radialrichtung
abgeschrägt. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß die Kegelrolle 70 und ihr Lagerschaft
71 ein Teil sind und somit eine zusätzliche, an der Schaltmuffe zu befestigende
Drehachse ersparen. Ein Verkanten des Lagerschaftes in der Bohrung 69 kann bei richtiger
Auslegung der Kegelfläche 87 nicht auftreten, weil dieser während des Arbeitsvorgangs
nicht einer Biegebelastung, infolge der günstigen Wirkungsrichtung der Kraft (in
Pfeilrichtung y, F i g. 12), unterliegt und außerdem in Drehung gesetzt wird.
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Für manche Fälle, wenn nur ungenügende Schaftlänge möglich ist, ist
es jedoch zweckmäßig, die Kegelrolle als Kegelring 86 auszubilden und diese auf
einer feststehenden Drehachse 85 an der Schaltmuffe 10 drehbar abzulagern. Um eine
gute axiale Ablagerung der Kegelrollen 70 zu erzielen und vor allem um den Gleitwiderstand
auf ein Mindestmaß herabzusetzen, ist es vorteilhaft, die Kegelrollen 70 bzw. Kegelringe
86 mit einem im Durchmesser möglichst kleinen Bund 81 bzw. 88 zu versehen.
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Die Kegelrollen 70 bzw. die Kegelringe 86 greifen in der Neutralstellung
in vertiefte Ausnehmungen 73 und 74 der Synchronringe 13 und 14 ein und halten somit
die Schaltmuffe 10 in der Neutralstellung. Außerdem hat das noch .den Vorteil, daß
beim ersten Teil der Schaltbewegung die Kegelrollen 70 an die niedrigen mittleren
Schrägflächen 79 und 80 der Synchronringe 13 und 14 drücken und diese in Sperr-
bzw. Arbeitsstellung überführen. Es wird dadurch eine zusätzliche Andruckeinrichtung
gespart.
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Die die Kegelrollen andrückenden Federn 72, die im Ausführungsbeispiel
als Flachfedern dargestellt sind, um zur Erreichung eines großen Federweges eine
große Federlänge wählen zu können, sind quer zur Axialrichtung angeordnet und zur
sicheren Führung an beiden Enden mit verlängerten Zungen 83 und 84 versehen, die
in eine ringförmige Ausnehmung 82 der Schaltmuffe 10 eingreifen. Die Federn können
als Flachfeder auch in Längsrichtung angeordnet oder in Form einer Schraubenfeder
ausgebildet werden.
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Der Synchronring 14 wird, wie bereits erwähnt, nach einer Schaltmuffenverschiebung
nach links von dem zu schaltenden Zahnrad 3 bei einer Relativdrehung in Pfeilrichtung
z nach F i g. 3 zur Synchronisierung so weit mitgenommen, bis nach einem Weg b die
Keilflächen 20 des Synchronringes 14 und 21 des Muffenträgers 4 an den Rollen 23
anliegen. Der von Hand über die Schaltmuffe 10 auf den Synchronring 14 ausgeübte
Anpreßdruck wird nun durch die entstehende Keilwirkung infolge der Zusammenarbeit
der Rollen 23 mit den Keilflächen 20 und 21 selbsttätig nach Art einer Servowirkung
verstärkt, so daß ein sehr rascher Gleichlauf zwischen Welle und Zahnrad 3 erzielt
wird.
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Die Richtung der resultierenden Anpreßkraft des Synchronringes 14
bestimmen der Kegelwinkel der Reibfläche 12 und der Gegenreibfläche 16, ihr Reibwert
und das Verhältnis Reibflächendurchmesser zum Wirkungsdurchmesser der Rollen 23.
Würde die resultierende Anpreßkraft unter gleichem oder kleinerem Winkel (Grenzwinkel)
wirken als die Kraftresultierende R unter dem Winkel ec der Rollen 23, so würde
eine Selbsthemmung und somit eine überbeanspruchung der einzelnen Bauteile eintreten.
Um jedoch eine sehr große Servowirkung nutzbar zu machen, ist bei der Auslegung
der Keilflächen anzustreben, die Winkel der Keilflächen 19, 20, 21 und 22, die von
Fall zu Fall verschieden sind, unter Berücksichtigung des größtmöglichen Reibwertes
so zu wählen, daß die Kraftresultierende möglichst nahe an den Grenzwinkel herankommt.
Das ist jedoch abhängig vom Reibungswiderstand zwischen den Keilflächen 20 und 21.
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Die Synchronisier- und Gangschaltvorrichtung schafft hier insofern
besondere Möglichkeiten, als bei Verwendung der lose angeordneten Rollen 23 keine
Reibung herrscht. Die Rollen können, da sie nicht auf Drehachsen gelagert sind,
mitwandern, was mit der Wirkung eines Wälzlagers zu vergleichen ist. Der Anteil
der von Hand aufzubringenden Anpreßkraft
kann also im Vergleich
zu bekannten Ausführungen erheblich geringer gehalten werden.
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Ein weiterer Vorteil .der Erfindung liegt darin, daß die Keilflächen
19, 20, 21 und 22 wie die Flanken eines Trapezgewindes ausgebildet sind. Es wird
dadurch eine größere Anlagebasis der Rollen 23 erzielt und ein Verkanten vermieden.
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Die Rollen 23 sind in geschlossenen Käfigen 25 gelagert, die durch
die Ausnehmungen des Synchronringes 14 und des Muffenträgers 4 gebildet werden.
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Ein wesentlicher Vorteil ist, daß dadurch gegenüber einer bekannten
Ausführung mit auf Drehachsen gelagerten Rollen eine große Zahl von Ungenauigkeitsfaktoren
vermieden wird, was ein gleichmäßigeres Tragen aller Rollen 23 gewährleistet und
außerdem Herstellungskosten spart.
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Für Fälle, bei denen die Anpreßkörper sehr hohen Beanspruchungen unterliegen
oder um die Möglichkeit zu schaffen, für den Synchronring üblichen Werkstoff mit
geringer Oberflächenhärte zur Erzielung einer günstigen Reibpaarung zu verwenden,
sieht die Erfindung nach F i g. 4 und 5 eine Ausführung mit Viereck-Klemmkörper
30 vor. Wird der Synchronring durch die Schiebemuffe 10 an die Gegenreibfläche 16
des Zahnrades 3 gedrückt (F i g. 1) und von diesem in Pfeilrichtung W nach F i g.
5 mitgenommen, so beginnt sich der Viereck-Klemmkörper 30 nach einem Weg a nach
F i g. 4 mit seinen abgerundeten Ecken 38 und 39 gegen runde Flächen 33 des Muffenträgers
31 und 36 des Synchronringes 32 zu spreizen. Bei Drehung des Synchronringes entgegen
.der Pfeilrichtung W spreizt sich der Viereck-Klemmkörper mit seinen anderen Ecken
gegen die runden Flächen 34 des Muffenträgers und 35 des Synchronringes. Es wird
nun ebenfalls nach Art einer Servowirkung selbsttätig der Anpreßdruck zur Beschleunigung
des Gleichlaufs verstärkt, da die Kraftresultierende R in Pfeilrichtung nach F i
g. 5 gleich wie bei der Rollenausführung unter dem Winkel a wirkt. Die Schrägfläche
37 verhindert ein Kippen des Viereck-Klemmkörpers bei bereits abgenutztem Synchronring.
Diese Ausführung hat :den Vorteil gegenüber der Rollenausführung, daß keine Linienberührung
zwischen den tragenden Flächen 33 und 36 und den abgerundeten Ecken 38 und 39 entsteht,
sondern eine Flächenberührung, was eine höhere Verschleißfestigkeit gewährleistet.
Es muß allerdings ein Reibungswiderstand in Kauf genommen werden, der aber wegen
des großen Eckenabstandes im Verhältnis zu den kleinen Eckenradien des Viereck-Klemm-
; körpers und den gleich großen Radien der Flächen 33 und 36 verhältnismäßig klein
ist. Die Viereck-Klemmkörper 30 sind ebenfalls lose in geschlossenen Käfigen 29
angeordnet, die durch die Ausnehmungen am Muffenträger 31 und am Synchronring 32
gebildet werden. Die Richtung der Kraftresultierenden R und somit der Winkel a können
ebenfalls den Erfordernissen durch Verändern der Seitenlängenverhältnisse der Viereck-Klemmkörper
30 angepaßt werden.
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Eine weitere Erfindungsausführung nach F i g. 6 und 7, die ebenfalls
hohe Verschleißfestigkeit verspricht, sieht zur Verringerung des Reibungswiderstandes
als Dreieck-Klemmkörper 40 ausgebildete Anpreßkörper vor. Der Dreieck-Klemmkörper
40 kommt nach der zur Synchronisierung notwendigen relativen Drehung :des Synchronringes
42 zum Muffenträger 41 mit seiner Seitenfläche 47 bzw. 50 an der Kurvenfläche 43
bzw. 44 des Synchronringes zur Anlage. Nach einem Weg a stützt sich der Dreieck-Klemmkörper
40 mit seiner abgerundeten Kantenfläche 48 - bei Drehung des Synchronringes 42 in
Pfeilrichtung V - an der Gegenfläche 46 des Muffenträgers 41 ab. Der Dreieck-Klemmkörper
40 wird dadurch etwas gedreht (F i g. 7) und übt eine resultierende Kraftübertragung
R in Pfeilrichtung unter dem Winkel a aus, was gleich wie bei den obigen Ausführungen
eine selbsttätige Anpreßkraft auf den Synchronring erzeugt. An der Seitenfläche
47 des Klemmkörpers 40 und der Kurvenfläche 43 findet kein Gleiten, sondern Abwälzen
statt. Es wird dadurch der Reibungswiderstand gegenüber obiger Viereck-Klemmkörper-Ausführung
nach F i g. 4 und 5 fast um die Hälfte verringert. Zwischen der Seitenfläche 47
und der Gegenfläche 43 kommt zwar auch eine Linienberührung zustande, ähnlich wie
bei der Rollenausführung nach :den F i g. 2 und 3, aber die Flächenpressung ist
infolge der verhältnismäßig flachen Anlage sehr gering.
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Die Richtung der Kraftresultierenden R und der Winkel a können auch
durch Verschieben der Kurvenflächen 43 und 44 des Synchronringes 42 und durch Verändern
der Seitenlängenverhältnisse den verschiedenen Verhältnissen angeglichen werden.
Bei dieser Ausführungsform ist es auch möglich, den Muffenträger 41 mit :den Kurvenflächen
43 und 44 und den Synchronring 42 mit den runden Gegenflächen 45 und 46 auszubilden.
Gleich wie bei. den anderen beschriebenen Ausführungen der Erfindung arbeiten diese
Dreieck-Klemmkörper 40 in geschlossenen Käfigen 49, die von den Ausnehmungen im
Muffenträger 41 und im Synchronring 42 gebildet werden.
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Es ist nach F i g. 8 möglich, die Anpreßrollen auch hintereinander
anzuordnen. Das bringt den Vorteil, daß die Anpreßrollen 55 und 56 größer ausgebildet
werden können und somit höhere Verschleißfestigkeit erzielt und außerdem an Bauraum
gespart wird. Diese Ausführungsform ist ebenfalls bei den Viereck- und Dreieck-Klemmkörperausführungen
möglich.
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Der Synchronring 14 wird nach Erreichen des Gleichlaufes mittels Zugfedern
90 nach F i g. 1 und 15 wieder in die Neutralstellung zurückgebracht. Die Zugfedern
90 sind in zylindrischen Ausnehmungen 91 des Muffenträgers 4 angeordnet und greifen
mit einem Ende 92 in die schwalbenschwanzförmige Ringnut 95 des Synchronringes 14
und mit dem anderen Ende 93 in -die schwalbenschwanzförmige Ringnut 94 des Synchronringes
13 und halten auf diese Art beide Synchronringe 13 und 14 nachgiebig unter Federspannung
in der Neutralstellung. Das letzte Stück .der Enden 92 und 93 hat eine Abflachung
96, die in der schwalbenschwanzförmigen Nut 94 bzw. 95 liegt und ein ungehindertes
Drehen des Synchronringes 13 bzw. 14 zuläßt. Die Verbindung der Zugfedern 90 mit
den Synchronringen 13 und 14 durch die schwalbenschwanzförmigen Ringnuten 94 und
95 bringt den weiteren Vorteil, daß diese Befestigungsart gegenüber üblicher Herstellung
mit geringem Aufwand verbunden ist und außerdem die Synchronringe nur unbedeutend
geschwächt werden.
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Die Anpreßkörper wirken, weil der Synchronring 14 bzw. 13 nach F i
g. 13 .das - Innenreibteil bildet, auf einem Durchmesser (Anpreßkreis d), der kleiner
ist
als der mittlere Reibflächendurchmesser D. Es wird dadurch auch bei ungleichmäßigem
Tragen der Anpreßkörper noch eine verhältnismäßig gute Reibflächenanlage erzielt.
Würde der Anpreßkreis d größer sein als der Reibflächendurchmesser D wie bei bekannten
Ausführungen, so würde bei ungleichmäßigem Tragen der Anpreßkörper der Synchronring
13 bzw. 14 zum Kippen neigen, d. h., er würde sich gegenüber der belasteten Stelle
der Reibfläche von der Reibstelle abheben und dadurch eine Linienberührung an den
Reibflächen auftreten.