dynclironisier- und Gangschaltvorrichtung, insbesondere fUr Kraftfahrzeug-Wechselgetriebe
(Fassung
1)
Die Erfindung bezieht sich auf eine Synchronisier- und Ge:-,nr,sch,iltvorriclitungt
insbesondere für Kraftfahrzeug-Wechsel-CD ,##etriebe, bei der neben einem auf einer
Welle lose drehbar, axial unverschiebbar gelagerten Zahnrad ein iiiit der Uelie
CD
dreilfest verbundaner, axial unverschiebbarer Muffenträger ist, der eine
axial verschiebbare, mit ihm drehfe---ije, J.,jit Gel--enklauen versehene Sch#-iltmuffe
trägt, die mit einem r;jit dem Zahnrad verbunaenen Kupplungsklauenkranz in gebrucht
werden kann, wobei in Ausiielimu-tiL#en des ;lui'Zerilrügers ein axial verschiebbarer,
begrenzt dr":,hbarer, eine- Ge,#enreibflüche aufweisender Synchronring ,vor;-,c,sc-iieri
iSt, aessen GeGenreibflüche iiiit i#3iner konisehen aru Zahnr,#id zum Erzielen des
Gleichlauf.s vor dem
| "(-.,'-(-,nklaupn in den Kupplun",sklaueiikrinz zus#tm- |
| der Uber |
| J-ri Richtung -e |
| verotlärkt |
Eine Synchronisiervorrichtung mit Keilflächen am Synchronring und
8m'l#luffenträger zur Verstärkung des Anpreßdruckes ist bereit!# bekannt, bei der
die am Synchronring und am Muffenträger 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 Normalkraf-tp die eine
sehr bedeutende Verminderung der selbsttätigen Anpressung hervorruft, wodurch sich
der Schaltvorgang zwangläufig auf eine längere Zeit erstreckt. Ein Ausgleichen des
Reibungsviiderstandes durch eine Korrektur des Gleitwinkelä kann jedoch nicht vorgenommen
werdeng da sonst die Gefahr des Blockierens besteht (deutsche Patentanmeldung
D 19 783 II/63c). Eine des weiteren bereits bekannte Synchronisiervorrichtung
sieht zur Verstärkung des Anpreßdruckes ebenfalls Anpreßrollen vorg die jedoch auf
an dem Schaltmuffenträger radial angeordneten Drehachsen drehbar gelagert sind und
mit Keilflüchen des Synchronringes zusammenarbeiten. Gegenüber obiger bekannter
Ausführung ist bei dieser der Reibungswiderstand gering. Es tritt aber eine Gleitreibung
an den Lagers-tc,lI.(jri der Rollen auf
, die um so gröfJ#er ist,
je größer das Lnis Ües Drehachsendurchmessers zum ALt2eridLii--el-unesser
der i##"t. Um (-"iii L,.Leichwc-"ißi#-es aller "UlpreIG-rollen "at erzielen, ist
teine Geilaui i#(,Lt der
Drehac-_;.-#seii, ihrer Lagerung im Hufienträger
und der Aupreßrollen erforderlich (deutsche Ausiegeschrift
1 167 126).
Zur
Verstärkung des Anpreßdruckes wurden bei einer behanilten Synchronisiervorrichtung
ferner sich in Umfangsrichtung abwälzende Klemmrollen verwendet, die auf einem z.-,--liiidrisclien,
radial federnden, an eine Reibtrommel anpreßbaren Reibring drücken und mit Keilf
lächen zusawinenwirken. Die Anpreßkraft der itollen wirkt bei dieser Ausführung
somit senkrecht auf die Reibfläche, wobei die Anpreßkraft des Reibriiii-es gleich
der Anpreßkraft der Rollen ist. Die Anpreßl#raft ist aber bei der bekannten Synchronisiervorrichtung
groß. Außerdem ist es bei dieser bekannten Ausführung aus lilatzgründen nicht möglichg
den Rollendurchmesser se"ir groß zu wählen. Es muß dadurch eine verhältmäßig 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 2atentschrift
557 434). Dieselben Nachteile gelten auch
für eine andere bekpiinte Synchronisiervorrichtung mit gleicher Anordnung der Anpreßrollen,
die jedoch mit Reibbacken in Form von HinG-segiiieiiten an Stelle des zylindrischen,
radial federnden Reibringes zu-,narbeiten (deutsche Patelitschrift
1 135
1b8).
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 gelagert. Aus diesen Gründen
ist eine sehr aufwendige Fertigungsgenauigkeit erforderlich, um ein gleichmäßiges
Tragen aller Rollen zu erreichen, was Grundbedingung einer brauchbaren Synchronie
iervorrichtung ist (USA.-Patentschrift 2
322 840).
Es ist schließlich
noch eine Synchronisiervorrichtung bekannt, bei der Zugfedern die Aufgabe habbng
einen mit einem Synchronring drehbar und axial formachlüssig verbundenen Teilring
in einer Richtung konstant gedreht zu halten. Diese Zugfedern sind nicht axial,
sondern in Umfangerichtung angeordnet, stehen nur mittelbar mit dem Synchronring
in Verbindung, üben keine Rückholkraft in Axialrichtung auf den Synehronring aus
und sind in einem freien Raum des Muffenträgerag der nach außen durch die Schaltmuffe
begrenzt ist, angeordnet (deutsche Ausiegeschrift
1 065 282). Da jedoch die
bisher bekanntgewordenen Synch#onisiervorrichtungen mit Nachteilen behaftet sind
und da insbesondere eine stets befriedigende selbsttätige Verstärkung der
Anpreßkraft
mit diesen Ausführungen nicht zu erzielen ist, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde,
eine Synchronisier-und Gangschaltvorrichtung zu schaffen, die äußerst einfach in
ihrem Aufbau ist und mittels der eine größtmögliche selbsttätige Verstärkung der
Anpreßkraft des Synchronringes an die Gegenreibfläche des Zahnrades erzielt wird,
um somit auch die Schaltzeiten ohne Mehraufwand der Schaltkraft zu verkürzen. Gemäß
der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß die Anpreßkörper lose in durch Ausnehmungen
des Muffenträgers und Ausnehmungen des Synchronringes gebildeten Käfigen so lagern,
daß bei Drehung des Synchronringes eine axiale Kraftkomponente entsteht. Gemäß einem
Merkwal der Erfindung sind die Anpreßkörper als Rollen ausgebildet, die zwischen
je zwei gegeneinandergerichteten Keilflächen am Synchronring und am Huffenträger
angeordnet sind. Bei sehr hohen Beanspruchungen und insbesondere bei
| Verwendung üblicher vierkstoffe, die nur geringe Oberflächen- |
| (.Y.ew |
| härte haben, für den SynchronringNur Erzielung einer |
gUnstigen Reibpaarung können erfindungsgemüß Anpreßkörper als Viereck-Klemmkörper
verviendet werden, welche den Vorteil einer höheren Verschleißfeotigkeit bringen.
Ferner
sind nach einer weiteren Ausführungsform Anpreßkörper vorgesehen, die als Dreieck-Klemmkörper
ausgebildet sind. Eine aziale Kraftkomponente bei Drehung des Synchronringes wird
hierbei in vorteilhafter Weise dadurch, erzeugte daß der Synchronring mit Kurvenflächen
versehen ist, die mit den Seitenflächen der Dreieck-Klemmkörper zusammenwirken.
Insbesondere bei einer Doppelkupplung werden erfindungsgemäß die Anpreßkörper für
beide Synchronringe nicht paarweise nebeneinander in Axialrichtung, sondern mehrreihig
hintereinander in Umfangsrichtung angeordnet.
Es kann dadurch Bauraum gespart
und/oder die Anpreßkörper können größer ausgebildet werden, wodurch ihre Beanspruchung
herabgesetzt wird. Um eine weitgehende Unabhängigkeit von Fertigungegenauigkeiten
im Hinblick auf eine gute Reibflächenanlage zu erzielent ist die erfindungegemäße
Synchronisier- und Gangschaltvorrichtung so ausgebildete daß der Anpreßkreie der
Anpreßkörper kleiner ist als der mittlere Reibflächenkreis. Nach einer zweckmäßigen
Weiterbildung werden ferner die Synchronringe in an sich bekannter Weise mit vorgespannten
Zugfedern nachgiebig zunawwenl,ehalten, die erfindungegemäß in in Axialrichtung
eingearbeiteten zylindrischen Ausnehmungen des Huffenträgers angeordnet sind. Die
Zugfedern besitzen an ihren Enden Abf lachung-ene mit derien sie in schwalbenschwanzf
öriiiige Ringnuten der Synelironringe eingreifen, was den
Vorteil
hat, daß sieh das Federende widerstandslos in Umfangsrichtung entsprechend der relativen
Drehbewegung des Synchronringes verschieben kann. In der Zeichnung sind einige Ausführungsformen
der gemäß der Erfindung ausgebildeten Synchronisier- und Gangschaltvorrichtung dargestellt.
Hierbei zeigen: Fig.
1 einen Axialschnitt durch eine Synchronisier-und Gangschaltvorrichtung,
Fig. 2 den Schnitt nach der Linie II-II der Fig.
11
mobei die als Rollen ausgebildeten
Anpreßkörper in Neutralstellung sind, Fig.
3 den gleichen Schnitt nach der
Linie II-II der Fig.
1, wobei sich die Rollen in Arbeitsstellung befinden,
Fig. 4 den gleichen Schnitt, wobei die Anpreßkörper als Vierec-k-Klemmkörper ausgebildet
sind, Fig.
5 die Anpresskörper nach Fig. 4 in Arbeitsstellung, Fig.
6 den Schnitt nach der Linie II-II der Fig.
19
wobei die als Dreieck-Klemmkörper
ausgebildeten Anpreßkörper in Neutralstellung sind, Fig.
7 den Schnitt nach
der Linie II-II der Fig.
1,
wobei die Dreieck-Kleumkörper in Arbeitsstellung
sindg Fig.
a den Schnitt nach der Linie II-II der Fig.
1,
wobei die
als Rollen ausgebildeten Anpreßkörper hintereinander und versetzt angeordnet sind
und sich in Neutr#-lstellu.ng_befinden,
Fig.
9 eine perspektivische
Darstellung eines Ausschnittes des Synchronringes mit Zugfeder. In dem in den Zeichnungen
dargestellten*Aut3führungsbeispiel einer Synchronisier- und Gangschaltvorrichtung
ist diese doppelseitig wirkend
9 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
Kuffenträger 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.
69 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. 129 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 Huffenträger 4 eingesetzt. Sie sind so angeordnet wid ausgebildet, daß
sie sich gegenüber dem 1.luf-L"enträger 4 nur begrenzt drehen können. In den Synchronringen
13 und 14 sind gleichmäßig auf dem Umfang verteilt von innen her Ausnehmungen
derartig eingearbeitet, daß sie in Umfangsrichtung geneigte Keilflächen
19
und 20 aufweisen (Fig. 2). Gleichartige, jedoch entgegengesetzt von außen
her eingearbeitete Ausnehmungen mit geneigten
Keilflächen 21 und
22 besitzt der Muffenträger 4 (Fig. 2). Die Keilflächen am Synchronring und am Huffenträger,bilden
zusammen geschlossene Käfige
25 bzw.
60 und
61 (Fig.
8)9 in denen lose, als Rollen
23 ausgebildete Anpreßkörper lagern
und mit den Keilflächen
19 und 22 bzw. 20 und 21 zusammenwirken. An Stelle
der Rollen
23 können, wie es in den Fig. 4 und
5 dargestellt ist,
für besondere Fälle Viereck-Klemmkörper
30 verwendet werden, die jedoch mit
anders geformten Ausnehmungen
29 des Muffenträgers
31 und des Synchronringes
32
zusammenarbeiten. Eine weitere Ausführung der Anpreßkörper zeigen Pig.
6
und
7. flier finden Dreieck-Klemmkörper 40 Verwendung, die ebenfalls
in entsprechend geformten Ausnehmungen 49 des 1.luffenträgers 41 und des Synchronringes
42 liegen und mit Kurvenflächen 43 bzw. 44 am Synchronring 42 und mit Gegenflächen
46 bzw. 45 am Muffenträger 41 zusammenarbeiten. Um Bauraum sparen bzw. die Anpreßkörper
größer ausbilden zu könnene werden letztereg die in Fig.
8 als Rollen
55 und
56 dargestellt sind, am Muffenträger
57 nicht axial
neben-E,iii"n(Ic-r, sondern hintereinander in Umfangsrichtung angeordnet. Um die
il)'jnchronringe
13 und 14 nach der Synchronisierarbeit wieder in die Neutrallage
zurÜckzuführen und sie in Jer zu fixieren, sind Zugfedern
90
vorgesehen,
die in zylindrischen Auenehmungen
91 des Muffenträgers 4 angeordnet sind
und mit ihren beiden Enden 92 und 93.in schwalbenschwanzförmige Ringnuten 94 und
95 eingreifen. 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 linke verschobeng
um das Zahnrad
3 zu kuppeln, so drücken die an der Schaltmuffe
10 gelagerten Rollen
7Ö m eine nicht dargestellte Schrägfläche 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 hierbei relativ schneller als die Welle
19 so wird der
Synchronring 14 vom Zahnrad
3 in die gleiche Richtung aus der Neutralstellung
mitgenommen. Die Rollen
70 werden hierdurch in Drehung versetzt und gleichzeitig
infolge des Schrägangriffes der Kraft in ihrer Axialrichtung unter dem Druck einer
Feder
72 gegen die Schaltmuffe
10 verschoben.
t>
Der Synchronring
14 dreht sich dabei relativ zum Nuffenträger 49 so weit, bis nach einem Weg
b (Fig.
3) die Rollen
23
belastet werden. Sobald Gleichlauf
eingetreten istg hört die in Umfangsrichtung wirkende Kraft
U äuf.
Durch
den mit den Rollen
70 erzielten Fortfall der Gleitreibung wird den S-";-nchronringen
13 und 14 wenig von der Schaltkraft abh,-,'ngiger Widerstand gegen ihre Drehrichtung
exitgegengesetzt, was die selbsttätige Verstärkung der Syn-C3 clironisierwirkung
erheblich steigert. Der Si.,nchroiiring 14 wird, wie bereits erwähntg nach einer
Schaltmuffenverschiebung nach links von dem zu schaltenden Zahnrad
3 bei
einer Helativdrehung in Pfeilrichtung z nach F i g.
3 zur Synchronisierung
so weit mitgenommen, bis nach einem 'Jeg
b die Keilfl---#chen 20 des Synchronringes
14 bzw. 21 des 1-Luffenträgers 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 Hollen
23 mit den Keilflächen 20 und 21 selbsttätig nach Art einer Servowirkung
verstärkt, so daß ein sehr rascher Gleichlauf zwiscilen -dielle
1 und Zahnrad
3
erzielt wird. Die Richtung der resultierenden Aipreßkraft des Synchronringes
14 bestimmen der Kegelwinkel der Reibfläche 12 und der Gegenreibfläche
16, ihr Reibwert und das Verhältnis Reibflu-chendurchmesoer zum Wirkungsdurchmesser
der Rollen
23.
-,ii#Urde die resultierende Lipreßkraft unter gleichem oder
Lleinürem ainkel (Grenzwini#:ei) wirken als die Kraftresultierende R unter dem -ti-inkel
dider Rollen
23, so würde eine Selbstliemmung und somit eine Überbeanspruchung
der einzelnen b,auteile eintreten. Um jedoch eine sehr große Servowirkung
nutzbar
zu machen, ist bei der Auslegung der Keilflüchen anzustreben, die Winkel der Keilflächen
19, 209 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 j edoch abhängig vom Reibungswiderstand
zwischen den Keilflächen 20 und 21. Die vorschlagsgerbäße'Synch#ronisier- und Gangschal
I tvorrichtung schafft hier insefern*besondere Möglichkeiteng
als
bei
Verwendung der loee''ängeordneten Rollen'23keine Reibung' herrscht. Die Rollen können,
da sie nicht auf Drehach.sen gelagert sindp mitwanderng was mit der Wirkung eines
Wälzlagers zu vergleichen ist. Dei Ante1*1'der''von Hand aufzubringendän AnpreAraft
kann also im Vergleich zu bekannten Ausfüh-rungen erheblich geringer gehä-ten werden.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin,'daß die Keilflächän
19, 209
- 21 und 22 wie die Planken eines Trapezgewindes ausgebildet sind.
Es wird dadurch eine'größer,e Anlagebasis der Rollen
23 erzielt und
bin Verkanten-vetmiedAn. Die Rollen
23 sind in geschlossenen Käfigen 25-gelagertg
die durch die Ausnehmungen des SY'nchronri,nges 14 und des. Nuffenträgeris 4 ge.bildet
werden.' Ein we#ehtlicher Vorteil istl daß dadurch gegenÜbei#'einer'#, beka*n#ten'Ausführung
init auf Drehachsen'gelagerteii R
. ollen einb'
große Zahl
von Ungenauigkeitsfaktoren vermieden wird, was ein -gleichwäßigeres Tragen aller
Aollen
23 gewährleistet und außerdem Herstellungskosten spart. Für Fälle,
bei denen die Anpreßkörper sehr hohen Beanspruchungen unterliegen oder um die Möglichkeit
zu schaffen, für den Synchronring üblicherweise einen Werkstoff mit geringer Oberflächenhärte
zur 3rzielung einer günstigen Reibpaarung zu verwenden, ist gemäß der 2,rfindung
nach
F i
g. 4 und
5 eine Ausführung mit Viereck-Klemmkörper
30 vorgesehen. w'ird der Sjnchronring durch die Schiebemuffe
10 an
die Gegenreibfläche
16 des Zahnrades
3 gedrückt (F i
g. 1)
und von diesem in 2feilrichtung
W nach
F i g.
5 mitgenommen,
so beginnt sich der Viereck-Klemmkörper
30 nach einem Ueg a n&ch F i
g. 4 mit seinen abgerundeten Ecken
38 und
39 gegen runde Flächen 53
des Muffenträgers
31 und
36 des Synchronringes
32 zu spreizen.
Bei Drehung des Synchronringes entgegen der 1,feilrichtung 'vl spreizt sich der
Viereck-Klemmkörper mit seinen anderen Echen gegen die runden Flächen 34 des i#luffenträgers
und
35 des Synchronringes. Es wird nun ebenfalls nach Art einer Sc,-rvowirkunG
selbsttätig der Anpreßdruck zur Beschleunigung des Gluiefilaufs verstärktl da die
Kraftresultierende R in Pfeilrichtung nach
F i g.
5 gleich wie bei
der Hollenausf Uhrung unter dem Wirikel
& wirkt. Die Schrägfläche
37
verhindert ein Kippen des Viereck-Klemmkörpers bei bereits abgenutztem
Syrichronring. Diese Ausführung hat den Vorteil gegenüber der Rolleriauoführung,
daß keine Linienberührung zwischen den tragenden Flächen
33 und
36 und den abgerundeten
Ecken
38 und
39 entsteht,
sondern eine Flächenberührung.. was eine höbEre Verschleißfestigkeit gewährleistet.
Es muß a-lerdings. ein Reibungswiderstand in Kauf genommen werdeng der aber
wegen des großen EC'kenabstandes in Verhältnis zu den kleinen Eckönradien des Viereck-Klemmkörpers
- ' und
4 ' den gleich großen Radien der Flächen
33 und
36 verhältnismäßig klein ist. Die Viereck-Klemmkörper
30 sind ebenfalls lose in geschlossenen Käfigen 29 angeordnetp die durch
die Auenehmungen am Muffenträger
31 und am Synchtonring
32 gebildet
werden. Die Richtung der Kraftresultierenden R und somit der Winkel l# können ebenfalls
den Erfordernissen durch Verändern der Seitenlängenverhältnisse der Viereck-Klemmkörper
30 angepaßt werden. Nach einer weiteren Ausführung nach F i
g. 6 und
7" die' ebenfalls hohe Verschleißfestigkeit verspricht, sind zur Verringerung des
Reibungswiderstandes als Dreieck-Klemmkörper 40 ausgebildete Anpreßk'örper vorgesehen.
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.