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Die Erfindung bezieht sich auf eine
Anordnung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.
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Eine solche Anordnung soll verhindern,
dass ein Synchronring eines nicht eingelegten Ganges in einem synchronisierten
Getriebe Rasselgeräusche erzeugt.
Der Synchronring ist dabei – wenn
der Gang nicht eingelegt ist – so
angeordnet, dass er sich in einem bestimmten Winkelbereich im Verhältnis zu
der Schaltmuffe, mit der er zusammenwirkt, frei drehen kann. Der
Synchronring ist in diesem Fall lose angeordnet zwischen einem auf
der Antriebswelle verdrehsicher angeordneten Schaltmuffenträger und dem
Reibkegel eines auf der Welle drehbar gelagerten Reibkegelringes,
der zur kraftschlüssigen
Verbindung mit der Schaltmuffe vorgesehen ist. Die Schaltmuffe ist
auf herkömmliche
Weise in Axialrichtung verschiebbar auf dem Schaltmuffenträger gelagert.
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Neuzeitliche synchronisierte Getriebe
der beispielsweise aus
DE
10 77 989 B ,
EP-195 519
B1 und
EP 144
962 B1 bekannten Gattung sind mit irgendeiner Art Sperrmechanismus
ausgestattet, der einen Eingriff der axial verschiebbaren Schaltmuffe der
Synchronisierrein-Richtung
mit den Schaltzähnen
des Reibkegels des betreffenden Gangrades verhindert, bis eine einwandfreie
Synchronisierung zwischen der betreffenden Welle und dem mit der Welle
zu verbindenden Gangrad vorliegt. Diese Schaltzähne können entweder als Zahnkranz
an einem gesonderten, am Gangrad befestigten Reibkegelring oder
an einem im Gangrad integrierten Reibkegel angeordnet sein. Axial
außerhalb
dieses Zahnkranzes hat das Gangrad dann eine sich kegelig nach außen verjüngende Reibfläche für ein synchronisierendes
Zusammenwirken mit einer entsprechenden kegeligen Innenseite des
angrenzenden Synchronringes.
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Der somit innen kegelige Synchronring,
der normalerweise lose zwischen Reibkegelring und Schaltmuffe angeordnet
ist, dreht sich, wenn die kegelige Innenseite des Ringes in Reibungskontakt
mit der kegeligen Reibfläche
des Reibkegelringes kommt, in eine Sperrstellung und gleichzeitig
Endstellung, und in dieser Stellung verhindern Sperrzähne oder
-klauen auf dem Synchronring ein axiales Verschieben der Schaltmuffe
in Richtung zum Zahnkranz des Reibkegelringes hin, solange eine
Drehzahldifferenz zwischen der die Schaltmuffe tragenden Welle und
dem betreffenden Gangrad vorliegt. Wenn die Drehzahlen dieser beiden
Teile einander vollständig
angeglichen sind, d.h. nach abgeschlossenem Synchronisiervorgang,
dreht sich der Synchronring etwas zurück, so dass die inneren, axialen Keilnuten
oder Zähne/Keilnuten
der axial verschiebbaren Schaltmuffe an den Sperrzähnen des
Synchronringes vorbeigleiten und zwischen die Zähne des drehmomentübertragenden
Zahnkranzes des Reibkegelringes oder ggf. des Gangrades eingeschoben
werden, wodurch der Formschluß zwischen Welle
und Gangrad hergestellt wird.
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Solche bekannten Anordnungen sind
mit dem Nachteil behaftet, dass der Synchronring bei nicht eingelegtem
Gang Rasselgeräusche
verursacht, da er lose zwischen dem Reibkegelring und der Schaltmuffe
angeordnet ist und in diesem losen Zustand über die Welle und die anderen
verbundenen Teile den vom Motor infolge der Zündimpulse in den Zylindern
verursachten Drehschwingungen ausgesetzt ist. Das Rasselgeräusch tritt
auf, wenn der Synchronring zwischen seinen Endlagen hin- und herschlägt. Bei
eingelegtem Gang kann dies naturgemäß nicht eintreten, da der Synchronring
dann durch die Schaltmuffe eingespannt ist. Das Problem ist besonders
bei niedrigen Motordrehzahlen merkbar, wohingegen das Rasselgeräusch bei
höheren
Drehzahlen und Fahrgeschwindigkeiten in anderen, stärkeren Geräuschen untergeht.
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Aus
US 3 228 499 A ist eine Konstruktion bekannt,
bei der zwischen dem Synchronring und dem angrenzenden Gangrad angeordnete
und axial wirkende Federorgane den Synchronring zentriert und gegenüber der
Schaltmuffe in einer fixierten Lage halten. Eine solche Konstruktion
bedingt jedoch, dass die Synchronisiereinrichtung mit besonderen Federorganen
versehen ist, die an einem Ende in axialen Sacklöchern im Zahnrad in der Nähe des Nabenbereiches
befestigt sind und am anderen Ende der Federorgane von axialen Zapfen
auf der Außenseite
des Synchronringes aufgenommen sind. Sowohl das Gangrad als auch
der Synchronring müssen
demzufolge auf besondere Weise ausgeführt sein, und außerdem nehmen
die Federorgane beachtlichen Platz zwischen dem Gangrad und dem Synchronring
in Anspruch. Herkömmliche
synchronisierte Getriebe lassen sich somit nicht ohne erhebliche
Umkonstruktion mit diesem bekannten Typ synchronisierungsstabilisierender
Federorgane ausrüsten.
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Der Zweck der Erfindung besteht in
der Gestaltung einer konstruktiv und funktionsmäßig äußerst einfachen Anordnung zum
Verhindern von Rasselgeräuschen
bei einem Synchronring eines nicht eingelegten Ganges in einem synchronisierten
Getriebe.
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Diesen Zweck erfüllt die Erfindung dadurch, dass
die Anordnung die im Anspruch 1 genannten Merkmale aufweist. Weiterentwickelte
Ausführungsformen
einer Anordnung gemäß der Erfindung
sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Bei einer Anordnung gemäß der vorliegenden
Erfindung ist eine geeignete Anzahl radial wirkender, federnder
Spannelemente mit Vorspannung in den ringförmigen Raum zwischen einer
Mantelfläche
des Synchronringes und einer Innenfläche des Zahnkranzes des Schaltmuffenträgers eingesetrt.
In der Praxis dürfte
es angebracht sein, zumindest drei federnde Spannelemente gleichmäßig auf
dem Umkreis verteilt anzuordnen. Die federnden Spannelemente erfüllen so
die Aufgabe, den Synchronring des noch nicht eingelegten Ganges
in einer zentrierten Vorspannungsstellung relativ zum Zahnkranz
des Schaltmuffenträgers
zu halten. Der Synchronring würde
andernfalls, bei Fehlen derartiger federnder Spannelemente, lose
zwischen dem Synchronkörper und
dem angrenzenden Gangrad sitzen. Die erfindungsgemäße Anordnung
ist so ausgeführt,
dass radial gerichtete Kräfte
von Federorganen das Festhalten des Synchronringes bewirken und
diese Federorgane keinen anderen Raum beanspruchen als den, der
aus anderen Gründen
in einem gattungsgemäßen synchronisierten
Getriebe ohnehin vorhanden ist. Darüber hinaus sind keine Änderungen
an übrigen
zum Getriebe gehörenden
Baugruppen oder Teilen erforderlich, und die gewählten Federorgane haben auch
keinerlei negative Einwirkung auf die genannten übrigen Baugruppen und Teile.
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Bei synchronisierten Getrieben der
hier vorrausgesetzten Art besteht der Zahnkranz des Schaltmuffenträgers normalerweise
aus mindestens drei, gleichmäßig um den
Umkreis verteilten, voneinander getrennten und mit äußeren Keilprofilen
versehenen, flanschähnlichen
Axialkeilabschnitten. Jeder Axialkeilabschnitt hat über einen
scheibenförmigen
Steg Verbindung mit der Nabe des Schaltmuffenträgers, wobei der Steg gleichzeitig
eine tragende Funktion hat. Zweckmäßigerweise werden gleich viele
federnde Spannelemente verwendet wie Axialkeilabschnitte vorhanden
sind, d.h. je Axialkeilabschnitt wird ein federndes Spannelement
angeordnet. Als einfachste und in diesem Zusammenhang für die Praxis
vorteilhafteste Ausführung
der federnden Spannelemente bieten sich hier bogenförmige Blattfederelemente
an. Diese sind dann so ausgeführt,
dass ihr Krümmungsradius
sowohl in nicht vorgespanntem (d.h. unmontiertem) Zustand als auch
in vorgespanntem (d.h. montiertem) Zustand kleiner ist als der der
Axialkeilabschnitte. Jedes dieser Blattfederelemente ist somit zwischen
der Mantelfläche
des Synchronringes und der Innenseite des entsprechenden Axialkeilabschnittes
eingespannt.
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Durch die bogenförmigen Blattfederelemente oder,
allgemein, federnden Spannelemente wird der Synchronring gegen den
Schaltmuffenträger
vorgespannt, so dass die von den Zündimpulsen des Motors verursachten
Drehschwingungen effektiv gedämpft
werden und verhindert wird, dass der Synchronring in seinen Endstellungen
im Schaltmuffenträger
anschlägt.
Die Federelemente üben
eine radial gerichtete Kraft aus, und dies führt beim Einlegen des Ganges
zu einer geringfügig
trägeren
Verdrehung des Synchronringes. Diese durch die federnden Spannelemente
verursachte Trägheit
ist in der Praxis allerdings von so geringem Ausmaß, dass
sie praktisch kaum wahrnehmbar ist.
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Die zweckmäßigerweise als Blattfederelemente
ausgeführten
federnden Spannelemente werden in bereits vorhandenen Räumen angeordnet
und erfordern demzufolge, und solange sich ihre Abmessungen in angemessenen
Grenzen halten, keine Modifikation anderer Teile des Getriebes oder
der Synchronisiereinrichtung. Durch die Tatsache, dass die bereits
verfügbaren
Räume im
Getriebe und in den Synchronisiereinrichtungen ausreichen und für die Konstruktion
gemäß der Erfindung
benutzt werden können,
eignet sich diese auch zum Nachrüsten
bereits vorhandener Getriebe, deren Rasselgeräusch für übermäßig stark befunden wird und
daher durch geeignete Modifikation des Getriebes möglichst
verhindert werden soll.
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Der grundlegende Gedanke der Erfindung läßt sich
somit folgenderweise zusammenfassen. Die federnden Spannelemente,
bei denen es sich beispielsweise um Blattfederelemente handeln kann, sind
im ringförmigen
Spalt zwischen dem Synchronring und dem Zahnkranz des Schaltmuffenträgers eingebaut.
Durch die Radialkräfte
der vorgespannten federnden Spannelemente ist der Synchronring im Verhältnis zum
umgebenden Zahnkreis der Schaltmuffe zentriert aufgehängt, wobei
eine Verhinderung oder zumindest Dämpfung der Drehbewegungen des Synchronringes
durch das Reibmoment erreicht wird, das die federnden Spannelemente
aufgrund der Formänderung
(d.h. Vergrößerung des
Krümmungsradius)
der federnden Elemente bei deren Einbau im Zwischenraum zwischen
dem Synchronring und dem Zahnkranz des Schaltmuffenträgers auf
den Reibring ausüben.
Die von den Zündim pulsen
des Motors verursachten, auf den Synchronring wirkenden Drehschwingungen,
können
dieses Reibmoment nicht überwinden,
so dass der Synchronring daran gehindert wird, ein solches Rasselgeräusch zu
erzeugen, das bei einem lose angeordneten Synchronring auftreten
würde.
Aus dem Reibmoment ergibt sich zwar ein gewisser Widerstand gegen
die Verdrehung des Synchronringes (aus der Sperrstellung heraus),
die erforderlich ist, bevor die Schaltmuffe bis zum Zahnkranzeingriff
mit dem Schaltzahnkranz des angrenzenden Gangrades/Reibkegelrings
verschoben werden kann, wobei dieser Eingriff gleichbedeutend mit eingelegtem
Gang ist. Dieser durch das Reibmoment der federnden Spannelemente
verursachte Widerstand gegen ein Verdrehen des Reibringes ist jedoch von
so geringer Größe, dass
er in der Praxis vom Fahrer beim manuellen Einlegen des betreffenden Ganges,
d.h, bei Verdrehen des Synchronringes aus dessen Sperrstellung heraus)
kaum wahrgenommen werden kann.
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Eine ein Rasseln verhindernde Anordnung gemäß der Erfindung
kann vorteilhaft bei einem synchronisierten 5-Gang-Handschaltgetriebe
für Personenkraftwagen
angewendet werden. In einem solchen Getriebe hat der Reibkegelring
oder das Gangzahnrad für
jeden Gang auf der zum zugehörigen Synchronring
gerichteten Seite einen ringförmigen Kranz
von Schaltzähnen,
wobei die axial verschiebbare Schaltmuffe innere, zwischen den äußeren Keilzahnprofilen
des Schaltmuffenträgers
eingreifende Keilzähne
hat, die durch axiales Verschieben der Schaltmuffe an dem aus der
Sperrstellung heraus verdrehten Synchronring vorbei in den dem eingelegten
Gang entsprechenden Eingriff mit den Schaltzähnen des Reibkegelringes oder
Zahnrades gebracht werden kann.
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Nachstehend folgt eine weitere Beschreibung
und Erläuterung
der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen. Diese zeigen einen
schaltbaren Teil eines synchroniserten Handschaltgetriebes, in dem
eine oder mehrere Anordnungen gemäß der Erfindung enthalten sind.
Im Einzelnen zeigen:
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1 perspektivisch
und teilweise als Schnittbild eine zu einem Getriebe gehörende Welle mit
Gangrädern
für zwei
Gänge und
eine zwischen diesen Gangrädern
angeordnete Synchronisiereinrichtung;
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2 als
Zerlegbild die um die Welle gemäß 1 herum angeordneten Getriebeteile;
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3 einen
halben axialen Querschnitt durch ein Zahnrad mit dazugehörendem Schaltmuffenträger und
Synchronring, entsprechend dem linken Teil von 1;
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4 eine
vergrößerte Darstellung
des in 3 im Kreis A
gezeigten Bereiches;
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5 den
Querschnitt V-V in 3;
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6 eine
vergrößerte Darstellung
des im bogenförmigen
Ausschnitt B aus 5 enthaltenen Bereiches
des Axialkeilabschnittes und an diesen angrenzenden Synchronringes.
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1 und 2 zeigen eine bekannte Ausführung einer
Sychronisiereinrichtung, sie zeigen nicht die Erfindung selbst,
sondern lediglich die Umgebung und den Typ Synchronisierung, für die die
Erfindung vorgesehen ist. Dies erklärt, dass beim Vergleich von 1 und 2 mit den übrigen Figuren und mit der
Beschreibung in Bezug auf nicht wesentliche Teile Abweichungen vorkommen
können.
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In 1 und 2 sind zwei Zahn- oder Gangräder 2 und 4 auf
einer Welle 6 als Bestandteile eines ansonsten nicht abgebildeten
synchronisierten Getriebes, z.B. für den Einsatz in Kraftfahrzeugen,
abgebildet. Zwischen den Gangrädern 2 und 4 ist
eine Synchronisiereinrichtung 8 angeordnet, die einen Schaltmuffenträger 10 und
eine ihn umgebende Schaltmuffe 12 umfasst. Die Gangräder 2 und 4 sind drehbar
auf der Welle 6 gelagert, während der Schaltmuffenträger 10 verdrehsicher
auf einem mit Keilnutenprofilen versehenen Bereich 14 der
Welle 6 angeordnet ist. Das Umschalten zwischen zwei Gängen erfolgt
im dargestellten Beispiel dadurch, dass der somit relativ zur Welle 6 verdrehsicher
angeordnete Schaltmuffenträger 10 in
Drehmoment übertragende
Verbindung mit einem der Gangräder 2 oder 4 gebracht
wird. Dieses wahlweise Einkuppeln eines der Gangräder 2 oder 4 erfolgt
auf herkömmliche Weise
dadurch, dass die Schaltmuffe 12 durch eine nicht abgebildete
Schaltgabel in Axialrichtung relativ zum Schaltmuffenträger 10 so
verschoben wird, dass innere axiale Keilprofile 16 in der
Schaltmuffe 12 in formschlüssigen Eingriff mit einem Kranz
von axialen Schaltzähnen 18 auf
einem von zwei Reibkegelringen 20 gebracht werden. Jeder
der Reibkegelringe 20 ist mit dem zugehörigen Gangrad 2 bzw. 4 entweder
fest verbunden oder in dieses integriert. Im gezeigten Beispiel
ist jeder der Reibkegelringe 20 an das zugehörige Gangrad 2 bzw. 4 angeschweißt.
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Eine geeignete Anzahl, z.B. drei,
radial federbelastete Synchronkugeln 28 dient auf herkömmliche
Weise dazu, bei nicht eingelegtem Gang die Schaltmuffe 12 axial
zu fixieren und beim Einlegen des gewählten Ganges über Synchronriegel 26 jeweils
einen von zwei Synchronringen 36 zum Anliegen gegen den
betreffenden Reibkegelring 20 zu bringen.
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Der Schaltmuffenträger 10 hat
eine auf der Welle 6 durch die Keilnutenverbindung 14 verdrehsicher
angeordnete Nabe 30 mit drei im Umkreis gleichmäßig verteilten,
scheibenförmigen
Stegen 32, die an ihrem Außenrand mit je einem bogenförmigen Axialkeilabschnitt 34 versehen
sind. Die Breite dieser Axialkeilabschnitte 34 übersteigt
die Dicke der Stege 32 erheblich, und dadurch ragen die
Axialkeilnutenabschnitte in seitlicher Richtung flanschähnlich über die
beiden Seiten der Stege 32 hinaus.
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Ein Paar Synchronringe 36 ist
auf herkömmliche
Weise unmittelbar hinter den Axialkeilabschnitten 34 lose
angeordnet. Die Synchronringe 36 haben kegelige Innenseiten 38,
die an äußere, entsprechend
kegelig ausgeführte
Flächenbereiche 40 der Reibkegelringe 20 angrenzen.
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Die Synchronisierung der Drehzahlen
der Welle 6 und des gewählten
Gangrades 2 bzw. 4 erfolgt durch axiales Verschieben
der Schaltmuffe 12 gegen das betreffende Gangrad, wodurch
der mit dem jeweiligen Reibkegelring 20 zusammenwirkende
Synchronring 36 mit seiner kegeligen Innenseite 38 in
Reibungskontakt mit dem kegeligen Flächenbereich 40 des
zugehörigen
Reibkegelringes 20 gebracht wird. Hierdurch wird der Synchronring 36 in seine
Sperrstellung gedreht, wobei durch die Sperrzähne 44 des Synchronringes
ein weiteres axiales Verschieben der Schaltmuffe 12 verhindert,
und durch die Reibung zwischen den kegeligen Flächen 38 und 40 die
Drehzahl des Gangrades schnell auf die Drehzahl der Welle 6 gebracht
wird. Wenn dies geschehen ist, d.h. wenn der Synchronisiervorgang vollzogen
ist, bewirkt die Schaltmuffe 12 beim weiteren Verschieben
zum Gangrad 2 bzw. 4 hin ein Zurückdrehen
des Synchronringes 36 in dessen nicht sperrende Drehstellung,
wobei die inneren Keilnuten 16 der Schaltmuffe 12 unbehindert
in Axialrichtung (durch die Öffnungen
zwischen den Sperrzähnen 44 des
Synchronringes 36) am Synchronring 36 vorbeigleiten
können,
bis ein kraftschlüssiger
Eingriff mit dem Zahnkranz 18 des jeweiligen Reibkegelringes 20 vorliegt.
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Bis hierher bezieht sich die Figurenbeschreibung
auf eine Synchronisiereinrichtung eines bekanntem Typs. Im weiteren
werden unter Bezugnahme auf 3 – 6 die neu hinzugekommenen
Konstruktionsteile näher
erläutert,
die gemäß der vorliegenden
Erfindung in der Synchronisiereinrichtung angeordnet sind und dazu
dienen, Rasselgeräusche von
Synchron ringen für
einen nicht eingelegten Gang eines in 1 und 2 dargestellten gattungsgemäßen synchronisierten
Getriebes zu verhindern.
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Wie erwähnt, gilt für jeden der beiden in 1 und 2 dargestellten Synchronringe 36,
dass er bei nicht eingelegtem Gang, (also bei nicht formschlüssig mit
dem Schaltmuffenträger 10 verbundenem
zugehörigem
Gangrad 2 bzw. 4) drehbar zwischen einerseits
der verdrehsicher auf der Welle 6 angeordneten Schaltmuffe 12 und
andererseits dem auf der Welle drehbar gelagerten Gangrad 2 bzw. 4 oder
dem zugehörigen
Reibkegelrad 20 angeordnet ist, mit der Aufgabe, beim Einlegen
des gewählten Ganges
eine Drehmoment übertragende
Verbindung mit der Schaltmuffe 12 herzustellen.
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Wie besonders aus 3 – 6 hervorgeht, sind in dem
bogenförmigen
Raum 45 (4 und 6) zwischen der Mantelfläche 46 des
Synchronringes 36 und der der Axialkeilabschnitt-Innenseite 48 des Axialkeilkranzes 34 des
Schaltmuffenträgers 10 unter Vorspannung
stehende, radial wirkende und federnde Spannelemente eingesetzt,
die gemeinsam eine Spannvorrichtung 50 bilden und zweckmäßig aus
bogenförmigen
Blattfederelementen bestehen. Ein solches Blattfederelement der
Spannvorrichtung 50 ist als Querschnitt in 4 und in Seitenansicht in 6 dargestellt.
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Bei der als Beispiel dienenden Ausführung besteht
der Keilnutenkranz des Schaltmuffenträgers 10 aus drei im
Umkreis gleichmäßig verteilten
und voneinander getrennten Axialkeilabschnitten 34, die mit äußeren, axial
gerichteten Keilprofilen 49 versehen sind. Jeder Synchronring 36 ist
demzufolge mit drei Blattfederelementen der Spannvorrichtung 50 verspannt,
die den Synchronring 36 in einer Vorspannlage relativ zu
den drei Axialkeilabschnitten 34 des Schaltmuffenträgers 10 halten.
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Die bogenförmigen Blattfederelemente der Spannvorrichtung 50 bestehen
aus Federstahl von gleichmäßiger Breite.
Wie aus 5 und 6 hervorgeht, sind die Blattfederelemente
so ausgeführt,
dass ihr Krümmungsradius
sowohl im nicht vorgespannten Zustand (siehe 50' in 5 und 6) als auch nach dem Einbau in vorgespanntem
Zustand (siehe 50'' in 6) kleiner ist als der Krümmungsradius
der Axialkeilabschnitte 34. Die Blattfederelemente der Spannvorrichtung 50 sind
so bemessen und ausgeführt,
dass sie mit ausreichender Kraft den Synchronring 36 relativ
zum Schalmuffenträger 10 festlegen, wobei
diese Kraft jedoch nicht größer als
erforderlich ist, so dass das Verdrehen des Synchronringes 36 in Verbindung
mit normalen Schaltvorgängen
nicht mehr als notwendig erschwert wird.
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- 2
- Gangrad
- 4
- Gangrad
- 6
- Welle
- 8
- Synchronisiereinrichtung
- 10
- Synchronkörper
- 12
- Schaltmuffe
- 14
- Keilnuten
auf Welle für
Synchronkörper
- 16
- innere,
axiale Keilprofile auf Schaltmuffe 12
- 18
- Schaltzähne
- 20
- Reibkegelring
- 26
- Synchronriegel
- 28
- federbelastete
Synchronkugel
- 30
- ringförmiger Mittelteil
- 32
- scheibenförmiger Steg
- 34
- Axialkeilabschnitt
- 36
- Synchronring
- 38
- Innenkegel
- 40
- Außenkegel
- 44
- Synchronring-Sperrzähne
- 45
- bogenförmiger Raum
- 46
- Synchronring-Mantelfläche
- 48
- Axialkeilabschnitt-Innenseite
- 49
- axiale
Keile
- 50
- Blattfederelement
- 50'
- in
nicht vorgespanntem Zustand
- 50''
- in
vorgespanntem Zustand