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Die Erfindung betrifft allgemein ein Synchrongetriebe und
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insbesondere einen Synchronisiermechanismus für das Getriebe beispielsweise
zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug.
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Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Synchronisiermechanismus
für ein Getriebe zu schaffen, durch den der Fahrer ein komfortables Schaltgefühl
bekommt.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, einen verbesserten
Synchronisiermechanismus zu schaffen, der kompakt aufgebaut ist, um eine Verringerung
der Gesamtlänge des Getriebes zu erreichen.
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Noch ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, einen verbesserten
Synchronisiermechanismus zu schaffen, bei dem der unerwünschte "Synchronisatiozusammenbruch"
oder die unerwünschte "Synchronisationsunterbrechung" nicht auftritt; diese Unterbrechung
oder dieser Zusammenbruch bedeutet, daß der bereits erreichte Gleichlauf plötzlich
zu dem Zeitpunkt unterbrochen wird, an dem der Sperring in Eingriff mit dem Kupplungsklauenrad
gebracht ist.
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Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen
wirtschaftlich herstellbaren verbesserten Synchronisationsmechanismus zu schaffen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielsweise
näher erläutert; in der Zeichnung zeigt: Fig. 1 eine Schnittansicht eines herkömmlichen
Synchronisiermechanismus für ein Synchrongetriebe, Fig. 2 eine schematische Darstellung
wesentlicher Teile des Synchronisationsmechanismus nach Fig. 1,
Fig.
3 und 4 schematische Darstellungen ähnlich Fig. 2 zur Darstellung der prinzipiellen
Synchronisationsvorgänge, die durch diese Teile erreicht werden, Fig. 5 eine schematische
Darstellung ähnlich Fig. 2 eines weiteren herkömmlichen Synchronisationsmechanismus,
Fig. 6 eine schematische Darstellung wesentlicher Teile des erfindungsgemäßen Synchronisationsmechanismus,
Fig. 7 und 8 schematische Darstellungen ähnlich Fig. 6 zur Darstellung der Prinzipien
der durch den erfindungsgemäßen Synchronisationsmechanismus erreichten Synchronisation,
Fig. 9 eine graphische Darstellung der Characteristik eines mit einem herkömmlichen
Synchronisiermechanismus nach Fig. 1 ausgestatteten Getriebes mit einer Darstellung
der Beziehung zwischen der Ganghebelbewegung und der auf den Ganghebel übertragenen
Betriebskraft während des Gangwechsels, und Fig. 10 eine ähnliche Darstellung wie
Fig. 9 bezogen auf den erfindungsgemäßen Synchronisationsmechanismus.
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Zur besseren Darstellung der Erfindung wird zunächst mit Be.zug auf
Fig. 1-4 ein herkömmlich verwendeter Synchronisationsmechanismus beschrieben.
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Der Mechanismus 12 ist in Fig. 1 in einem Synchrongetriebe 10 enthalten.
Das Getriebe 10 umfaßt allgemein eine Antriebswelle 14, die über einen Drehmomentwandler
oder eine Kupplung mit einem Motor, beispielsweise einem Verbrennungsmotor, verbunden
ist. Koaxial zur Antriebswelle 14- ist eine Abtriebswelle 16 angeordnet, um die
ein einstückig mit der Antriebswelle 14 ausgeführtes Antriebszahnrad 18 und ein
Haupt- oder Abtriebszahnrad 20 drehbar angeordnet sind. Die beiden Zahnräder 18
und 20 stehen jeweils dauernd mit Zwischenzahnrädern 22 und 24 in Eingriff, die
einstückig miteinander ausgeführt sind und die um eine Zwischenwelle 26 drehbar
angebracht sind.
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Der Synchronisationsmechanismus 1 2 liegt zwischen dem Antriebszahnrad
18 und dem Haupt zahnrad 20 und bewirkt eine glatt verlaufende Verbindung oder Unterbrechung
zwischen der Antriebswelle 14 und der Haupt- oder Abtriebswelle 16 und eine Verbindung
oder Unterbrechung über die Untersetzungszahnräder 22 bzw. 24.
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Der gezeigte Synchronisationsmechanismus 12 umfaßt eine mit der Haupt-
oder Abtriebswelle 16 verzahnte oder verkeilte Nabe 28, eine Schalt- oder Kupplungsmuffe
30 mit inneren Klauen 30a, die mit Außenklauen 28a (Fig. 2) der Nabe 28 in kämmendem-Eingriff
stehen, in Radialrichtung bewegliche Einsätze 32, die zwischen der Nabe 28 und der
Schalt- oder Kupplungsmuffe 30 sitzen und die Einsätze 32 in Radialrichtung nach
außen vorspannende Einsatzfedern 34. Das Antriebszahnrad 18 und das Hauptzahnrad
20 sind jeweils mit Kupplungsklauenräder 36 bzw. 38 ausgebildet, an denen jeweils
Klauen 36a bzw. 38a mit gleichem Klauenmodul oder mit identischem Abstand ausgebildet
sind. Sperringe 40 und 42 sind jeweils zwischen dem Kupplungsklauenrad 36 und der
Kupplungsmuffe 30 und zwischen dem Kupplungsklauenrad 38 und der Kupplungsmuffe
30 eingefügt oder eingesetzt. Jeder Sperring 40 und 42 besitzt Außenklauen 40a bzw.
42a mit dem gleichen Zahnmodul
oder gleicher Klauensteigung wie
die Klauen 36a und 38a der Kupplungsklauenräder 36 bzw. 38 und besitzt eine kegelmantelförmige
Innenfläche 40b bzw. 42b, die zur Erzeugung einer Bremswirkung mit jeweils einer
kegelmantelförmigen Außenfläche 36b bzw. 38b der Kupplungsklauenräder 36 bzw. 38
in Eingriff bringbar ist. Eine Schaltgabel 44 kann eine Axialbewegung der Kupplungsmuffe
30 während des Gangwechsels herbeiführen.
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Um die Beschreibung zu erleichtern, bezieht sich die folgende Erklärung
des Synchronisationsmechanismus 12 nur auf die in Fig. 1 links dargestellten Teile,
die direkt mit dem Sperrring 42 zusammenwirken. Die anderen, direkt mit dem anderen
Sperring 40 zusammenwirkenden Teile sind im wesentlichen gleich aufgebaut und gestaltet
wie die im folgenden beschriebenen Teile.
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Jede Innenklaue 30a der Schaltmuffe 30 ist nach Fig. 2 an ihre in
Längsrichtung gelegenen Ende mit einer abgeschrägten Fläche 30a' versehen, und jede
Klaue 38a des Klauenrades 38 und jede Klaue 42a des Sperrings 42 besitzt gleichfalls
zur Kupplungsmuffe 30 hin eine abgeschrägte Seitenfläche; diese sind mit 38a' bzw.
42a bezeichnet. Jeder mit der Nabe 28 und der Schaltmuffe 30 um die Achse der Haupt-
oder Abtriebswelle 16 drehbare Einsatz 32 ist so ausgeführt, daß seine beiden Enden
in breite Schlitze 42c ( und 40c) passen, die in dem Sperrring 42 (bzw. 40) ausgebildet
sind. Jeder Schlitz 42c (bzw.
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40c) ist so ausgelegt, daß er die Relativbewegung der Einsätze 32
in bezug auf den Sperring 42 (bzw. 40) erlaubt. Aus diesem Grund sind die Schlitze
42c (bzw. 40c) etwas größer ausgebildet, als es den Enden der Einsätze 32 entspricht.
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Wenn im Betrieb die Schaltgabel 44 in Darstellung nach Fig. 1 nach
links bewegt wird und die Kupplungsmuffe 30 in der gleichen Richtung mitnimmt, werden
die Einsätze 32, die dann gegen
die Kupplungsmuffe 30 gedrückt werden,
da sie durch die Einsatzfedern 34 vorgespannt werden, ebenso nach links bewegt,
so daß sie mit ihrem jeweiligen einen Ende den Sperring 42 in der gleichen Richtung
drücken, so daß sich dieser Sperrring 42 nach links bewegt.
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Während dieses Ablaufs wird die kegelmantelförmige Innenfläche 42b
des Sperrings 42 schließlich in Bremsberührung mit der kegelmantelförmigen Außenfläche
38b des Kupplungszahnrades oder des Kupplungsklauenrades 38 gebracht, damit ein
Gleichlauf zwischen der Kupplungsmuffe 30 und dem Kupplungsklauenrad 38 erreicht
wird. Wenn die Drehgeschwindigkeit des Abtriebszahnrades 20 größer als die der Kupplungsmuffe
30 ist, wird eine antreibende Mitführkraft auf den Sperring 42 von dem Kupplungsklauenrad
38 übertragen, so daß das seitliche Ende jedes Schlitzes 42c des Sperrings 42 in
Eingriff mit dem jeweils entsprechenden Einsatz 32 kommt (Fig. 3), wodurch sich
ein Zustand herstellt, bei dem die abgeschrägten Flächen 42a' der Klauen 42a des
Sperrings 42 den abgeschrägten Flächen 30a' der Kupplungsmuffe 30 gegenüberliegen
oder an ihnen anliegen. In diesem Zustand drehen sich der Sperring 42 und die Kupplungsmuffe
30 miteinander, d.h. ihre Relativdrehung gegeneinander wird Null, so daß dann, wenn
die Kupplungsmuffe 30 weiter nach links bewegt wird, die abgeschrägten Flächen 30a'
der Klauen 30a der Kupplungsmuffe 30 in Berührung mit den abgeschrägten Flächen
42a' des Sperrings 42 gebracht werden (Fig. 3), so daß die Bewegung des Sperrings
42 nach links nicht nur durch den Eingriff zwischen den Einsätzen 32 und den axialen
Enden der Schlitze 42c, sondern auch durch die Eingriffe zwischen den abgeschrägten
Flächen 30a' und 42a, erreicht wird. Während dieser Bewegung des Sperrings 42 nach
links wird die Gleichlauf- oder Synchronisationsbetätigung vervollständigt, so daß
der Gleichlauf zwischen Haupt- oder Abtriebswelle 16 und Haupt- oder Abtriebszahnrad
20 hergestellt ist.
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Bei so vervollständigter Synchronisation wird die Kupplungsmuffe 30
weiter nach links bewegt, indem die Einsätze 32 gegen die Kraft der Einsatzfedern
34 nach unten gedrückt werden und es ergibt sich die Stellung nach Fig. 4, in der
die abgeschrägten Flächen 30a' der Klauen 30a der Kupplungsmuffe 30 in Berührung
mit den abgeschrägten Flächen 38a' des Kupplungsklauenrades 38 einen vollständigen
Eingriff oder ein vollständiges Kämmen der Klauen 30a der Kupplungsmuffe 30 mit
den Klauen 38a des Kupplungsklauenrades 38 herbeiführen.
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Damit ist eine enge Verbindung zwischen der Haupt- oder Abtriebswelle
16 und dem Haupt- oder Abtriebszahnrad 20 und damit die Verbindung zwischen der
Abtriebswelle 16 und der Antriebswelle 14 hergestellt.
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Dieser bisher beschriebene herkömmliche Synchronisationsmechanismus
12 weist infolge der relativ massiven oder großen Konstruktion der Klauen 42a des
Sperrings 42 die folgenden Nachteile auf: Fig. 9 zeigt die Betätigungskraft, die
zur Betätigung eines Ganghebels für das Getriebe 10 benötigt wird. Es wird im einzelnen
die Beziehung zwischen der Betätigungskraft zur Betätigung der Kupplungsmuffe 30
über dem Hub oder der Bewegung des Ganghebels aufgetragen. Es ist zu bemerken, daß
eine Spitze "α" die Betätigungskraft darstellt, die beim Bewegen der Kupplungsmuffe
30 von der Stellung nach Fig. 2 in die nach Fig. 3 nötig ist, d.h.-die Kraft, die
dann auftritt, wenn die abgeschrägten Flächen 30a' der Kupplungsmuffen-Klauen 30a
in Eingriff mit den Mittelabschnitten der abgeschrägten Flächen 42a' der Sperringklauen
42a kommen, wodurch die maximale Synchronisierwirkung des Sperringes 42 gegen das
Kupplungsklauenrad 38 herbeigeführt wird, während eine weitere Spitze "ß" " die
Betätigungskraft darstellt, die erforderlich wird, wenn die Kupplungsmuffe 30 die
Lage nach Fig. 4 einnimmt, d.h. wenn die abgeschrägten Flächen 30a' der Kupplungsmuffen-Klausen
30a in Eingriff mit den
abgeschrägten Flächen 38a' der Kupplungsklauen
38a den Sperring 42 wegstoßen. Es ergibt sich, daß der Hubabstand oder Bewegungsabstand
zwischen den Spitzen "α " und "ß" von dem Abstand zwischen den jeweiligen
abgeschrägten Flächen 42a' der Sperringklauen 42a und den entsprechenden abgeschrägten
Flächen 38a' der Kupplungsradklauen 38a abhängen. Bei dem herkömmlichen Synchronisationsmechanismus
12 weisen die abgeschrägten Flächen 42a' und 38a' einen beträchtlichen Abstand voneinander
auf infolge des massiven und großen Aufbaus der Sperringklauen 42a, wie bereits
erwähnt, so daß ein gutes Betätigungsgefühl durch den den Ganghebel bedienenden
Fahrer nicht erfaßt werden kann, da zwei genaue Stöße, die den zwei Spitzen entsprechen,
von ihm während des Gangwechsels gefühlt werden.
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Weiter bringt der beträchtliche Abstand zwischen den abgeschrägten
Flächen 42a' und 38a' den Synchronisationzwischenraum b Fig. 1) auf beträchtliche
Größe, so daß die Gesamtlänge des Getriebes sehr groß wird. Zusätzlich wird durch
den beträchtlichen Abstand zwischen den abgeschrägten Flächen 42a' und 38a' sehr
leicht eine sogenannte "Synchronisationsunterbrechung" oder ein "Synchronisatiozusammenbruch"
herbeigeführt, bei dem die bereits durch den Sperrring 42 herbeigeführte Synchronisation
plötzlich unterbrochen wird, wenn die abgeschrägten Flächen 30a' der Kupplungsmuffen-Klauen30a
in Berührung mit den abgeschrägten Flächen 38a' der Klauen 38a des Kupplungsklauenrades
gebracht werden. Diese "Synchronisationsunterbrechung" ergibt nicht nur ein Rattern
infolge des nicht ausreichenden Eingriffs zwischen den Klauen 30a und 38a, sondern
läßt auch den Schalthebel in schlecht erträglicher Weise vibrieren.
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Darüber hinaus haben bei dem herkömmlichen Synchronisationsmechanismus
12 die Klauen 42a des Sperrings 42 und die Klauen 38a des Kupplungsklauenrades 38
idertische Stärke. Dadurchmüssen
die Klauen 42a des Sperrings
durch Räumen fertig bearbeitet werden, nachdem die Klauen 42a gestaucht oder gewalzt
wurden. Dementsprechend steigen die Herstellkosten des Getriebes 10.
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Es könnte daran gedacht werden, den Sperring 42 so dicht wie möglich
an das Kupplungsklauenrad 38 zu setzen, jedoch besteht eine Begrenzung der Verringerung
des Abstandes, wenn die Abriebsverluste durch den Bremseingriff der kegelmantelförmigen
Bremsflächen 42b und 38b während des Gangwechsels in Betracht gezogen werden.
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Um das Betätigungsgefühl des Schalthebels zu verbessern, sind einige
Synchronisationsmechanismen vorgeschlagen oder ausgeführt worden, von denen ein
Beispiel in Fig. 5 gezeigt ist.
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Jede Klaue 42a des Sperrings 42 besitzt eine mit Evolventenflächen
ausgeführte Seite mit verringerter Länge "e", wobei der Abstand d zwischen dem Kupplungsklauenrad
38 und dem Sperring 42 der gleiche wie in der vorher beschriebenen Ausführung ist.
Die Verkürzung der Klauen 42a ist so ausgeführt, daß die zulässige mechanische Festigkeit
derselben nicht beeinträchtigt wird. Auch in diesem Fall wurde jedoch eine ausreichende
Wirkung zur Erzielung eines guten Betätigungsgefühls des Ganghebels nicht erreicht.
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Deshalb ist eine Lösung der angesprochenen Probleme bei den herkömmlichen
Synchronisationsmechanismen ein grundsätzliches Ziel der Erfindung.
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In Fig. 6 ist der erfindungsgemäße Synchronisationsmechanismus 46
teilweise dargestellt. Er umfaßt die gleichen Teile wie der beschriebene Mechanismus
12 bis auf den Sperring.
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Mit dem Synchronisationsmechanismus 12 übereinstimmende Teile werden
im folgenden mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet.
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Wie aus der Zeichnung zu ersehen, ist jede Klaue 42'a des Sperrings
42' kleiner als die entsprechende Klaue 38a des Kupplungsklauenrades 38. Insbesondere
ist die Stärke c' jeder Klaue 421a geringer als die Stärke c der Klaue 38a und jede
Klaue 42'a hat eine Evolventen-Seitenfläche mit der kürzestmöglichen Länge e', die
so bestimmt wird, daß die zulässige mechanische Festigkeit der Klaue nicht beeinträchtigt
wird. (Mit "zulässige mechanische Festigkeit" ist die unterste Grenze der mechanischen
Festigkeit jeder Klaue 42'a gemeint, bei der diese nicht bricht, wenn sie durch
die entsprechende Klaue 30a der Kupplungsmuffe 30 während des Gangwechsels weggestoßen
wird.) Bei dieser Ausführung ist der Abstand e' der gleiche wie der Abstand e in
Fig. 5. Der Abstand d' zwischen dem Sperring 42' in seiner Neutralstellung und dem
Kupplungsklauenrad 38 wird unter Berücksichtigung des Abriebverlustes der kegelmantelförmigen
Berührungsflächen 42'b und 38b bstimmt. In dieser Ausführung ist der Abstand oder
die Länge d' der oder die gleiche wie die Lange d in Fig. 2 und Fig. 5.
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Wie bei dem beschriebenen Mechanismus 12 wird der Gleichlauf oder
die Synchronisation zwischen Hauptabtriebswelle 16 und Hauptzahnrad 20 durch die
in Fig. 6 bis Fig. 8 gezeigten Zustände hergestellt, wobei Fig. 6 den Neutralzustand
des Synchronisationsmechanismus 46 zeigt.
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In Fig. 5 ist das Prinzip der Verkürzung des Abstandes zwischen den
abgeschrägten Flächen 42'a' der Sperringklauen 42'a und den abgeschrägten Flächen
38a' der Kupplungsklauen 38a dargestellt, Unter der Annahme, daß der Sperring 42'nach
der Erfindung in die gleiche Stellung wie der herkömmliche Sperring 42 gebracht
ist, und zwar so, daß die Klauen 421a und 42a der beiden Sperringe 42' und 42, wie
in der Zeichnung gezeigt, übereinander gezeichnet werden, ergibt sich, daß die Axiallänge
des Sperrings 42'
um die Strecke f kürzer als die des herkömmlichen
Sperrings 42 ist. (Es ist dabei darauf hinzuweisen, daß die Längen der Evolventen-Flächjenseiten,
nämlich e und e',gleich sind.) Das bedeutet, daß der Sperring 42' näher an dem Klauenrad
38 angebracht ist als es bei dem herkömmlichen Sperring 42 der Fall ist.
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Mit diesem beschriebenen Unterschied können die folgenden Vorteile
erfindungsgemäß erzielt werden: 1. Da die wirksame Verkürzung des Abstands zwischen
den abgeschrägten Flächen 42'a' der Sperringklauen 42'a und den abgeschrägten Flächen
38a' der Kupplungsklauen 38a erreicht ist, kann der Ganghebel des Getriebes mit
einem kürzeren HebeLweg oder Hubweg betätigt werden. In Fig. 10 ist der erreichte
Unterschied im Ablauf dargestellt, der sich durch den kurzen Abstand des Ganghebelweges
zwischen den beiden Hebelstellungen "α" und "ß'" ergibt, die jeweils die Betätigungskraftspitzen
sind, die während des Verstellens des Ganghebels des Getriebes erforderlich sind.
Aus dieser graphischen Darstellung ergibt sich, daß die zwei "Stöße", die durch
die beiden Betätigungskraftspitzen verursacht werden, von dem Fahrer in einem kürzeren
Zeitabstand erfaßt oder erfühlt werden, so daß der Fahrer keine unangenehmen Erfahrungen
macht, wenn er den Ganghebel betätigt. Der Fahrer fühlt tatsächlich nur einen "Stoß".
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2. Da die Verkürzung des Abstandes zwischen den abgeschrägten Flächen
42'a' und 38a' erreicht ist, wird der Synchronisationsabstand b in Fig. 1 kleiner,
wodurch eine Verkürzung der Gesamtlänge des Getriebes möglich ist und zusätzlich
tritt die unerwünschte "Synchronisationsunterbrechung" oder der unerwünschte "Synchronisationszusammenbruch"
nicht mehr auf.
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3. Da die Stärke der Klauen 42'a geringer als die der Klauen 38a des
Kupplungsklauenrades 38 ist, sind keine so hohen Bearbeitungskosten bei der Herstellung
der Evolventen-Flächenseiten jeder Klaue 42'a des Sperrings 42' erforderlich. D.h.,
daß die Klauen 42-'a durch Räumen hergestellt werden können. Auf diese Weise ist
eine wirtschaftliche Herstellung des Getriebes möglich.
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Der erfindungsgemäße Synchronisationsmechanismus mit einer Kupplungsmuffe
mit Innenklauen, einem Kupplungsklauenrad mit Außenklauen und einer kegelmantelförmigen
Außenfläche, mit einem Sperring mit Außenklauen und einer kegelmantelförmigen Innenfläche
bewirkt einen Gleichlauf oder eine Synchronisation, wenn die kegelmantelförmige
Innenfläche des Sperrings in Bremsberührung mit der kegelmantelförmigen Außenfläche
des Kupplungsklauenrades bei der Bewegung des Sperringes gegen das Kupplungsklauenrad
durch die Kupplungsmuffe gebracht wird. Die Stärke der Klauen des Sperrings ist
geringer als die Stärke der Klauen des Kupplungsklauenrades, so daß der Sperring
in seiner Neutralstellung sehr dicht an dem Kupplungsklauenrad angeordnet werden
kann.
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L e e r s e i t e