DE2915965A1 - Sperr-synchronisierung fuer getriebeschaltungen - Google Patents

Description

-4-Titel; Sperr-Synchronisierungen für Getriebeschaltungen

Die Erfindung bezieht sich auf eine Sperr-Synchronisierung wie sie beispielsweise bei Kraftfahrzeuggetrieben zum synchronen Schalten der Gänge Verwendung findet.

Wenn in einem Getriebe aus einem Gang in einen anderen Gang geschaltet wird, so müssen zwei sich mit unterschiedlichen Drehzahlen drehende Bauelemente über ein drittes Element zusammengekoppelt werden. Die beiden sich drehenden Bauelemente, beispielsweise Zahnräder, weisen bei bekannten Synchronisierungen jeweils eine Kupplungs-Außenverzahnung auf, in welche eine Kupplungsinnenverzahnung des sie zu verbindenden Elementes, einer sogenannten Schiebemuffe eingreift. Wird nun diese Schiebemuffe, welche mit dem ersten, z.B, in Ruhestellung sich befindenden Element, dem sogenannten Synchronkörper, über die Kupplungs-Verzahnung des zweiten sich drehenden Elementes, des Zahnrades,geschoben, so findet bei stirnseitigem Auftreffen der beiden Zahnkränze ein übereinanderratschen der Verzahnungen statt, was außer einer sehr starken, unangenehmen Geräuschbildung zur Beschädigung dieser Verzahnungen führt.

Um ein solches Kupplungsgeräusch und eine entsprechende Beschädigung zu vermeiden, ist es bekannt, eine Synchronisierung zu verwenden, welche die beiden zu kuppelnden Elemente erst synchronisiert, also auf gleiche Drehzahl bringt, wonach die Schiebemuffe leicht in die entsprechende Zahnrad-Kupplungs-Verzahnung eingeschoben

werden kann.
35

Gemäß dem Stand der Technik wird dies mit Hilfe eines sogenannten Synchronringes verwirklicht, welcher zwischen den beiden zu kuppelnden Elementen angeordnet ist

030043/0520

und welche ihrerseits in Drehmitnahme mit dem Synchronkörper steht und andererseits zusammen mit dem Zahnrad eine Reibkupplung bildet. Desweiteren weist der bekannte Synchronring ebenfalls eine Kupplungs-Außenverzahnung auf, welche im wesentlichen die gleiche Gestaltung besitzt, wie die Kupplungs-Außenverzahnung der anderen beiden Elemente. Außerdem sind im Synchronkörper mehrere, sogenannte Druckstücke am Umfang radial federnd und gleichzeitig axial verschwenkbar vorgesehen. Diese Druckstücke greifen in eine ringförmige Ausnehmung in der Innenbohrung der Schiebemuffe ein, wodurch die Schiebemuffe in einer bestimmten Position praktisch indexiert ist.

Wird nun die Schiebemuffe bei einem Schaltvorgang axial verschoben, so wird sie zwangsläufig bei ihrer Verschiebebewegung das Druckstück in axialer Richtung mitnehmen, wodurch dieses axial auf den Synchronring drückt. Der Synchronring wird dadurch auf das Zahnrad hin ver- · schoben, wodurch die gemeinsame Reibkupplung geschlossen wird. Zwischen Muffenverzahnung und zweiter Kupplungsverzahnung steht die Synchronverzahnung, welche, solang noch eine relative Bewegung zwischen den Teilen besteht, ein Hindurchgleiten der Schiebemuffe in Richtung auf die zweite Kupplungs-Verzahnung hin verhindert. Erst wenn absoluter Gleichlauf da ist, kann die Muffe durch die Synchronring-Verzahnung hindurch weitergeschoben werden, wobei gleichzeitig das Druckstück radial einwärts gedrückt wird. Durch die Synchronisierung mit Hilfe dieses bekannten, verzahnten Synchronringes ist durch besondere Verzahnung dieses Ringes, welche außer einer doppelten Einlauf- bzw. Sperrschräge an jedem Zahn auch noch eine Längsballigkeit (Hinterrollung) der einzelnen Zähne besitzen muß, recht aufwendig. Desweiteren muß an der Schiebemuffe eine relativ große Schaltkraft angewendet werden, um eine entsprechende Antriebskraft für die Synchronkupplung zu erhalten.

030043/0520

Um eine Kupplungskraftverstärkung zu erhalten, wurde vorgeschlagen, die Synchronisierung mit einer Doppelkegel-Reibungskupplung am Synchronring vorzunehmen. Es würde jedoch unter Verwendung von mehr Bauteilen und bedeutend größerem Platzbedarf nur eine Kraftverstärkung kleiner als den Faktor zwei erhalten.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Sperr-Synchronisierung anzugeben, bei welcher auf einfachste und billigste Weise eine Sperrung der Schiebemuffe bis zum synchronen Laufen der beiden zu kuppelnden Teile erreicht wird, wobei der Platzbedarf gegenüber bestehenden Synchronisierungen nicht gesteigert werden darf. Es soll die Möglichkeit bestehen, schon eingebaute Synchronisierungen durch eine erfindungsgemäße Synchronisierung einfach und rasch auszutauschen, wobei auf die Anwendbarkeit für alle synchronisierten Getriebe geachtet werden soll. Desweiteren soll die Schaltkraft optimiert werden, wodurch der Kraftbedarf verkleinert werden kann. Auch soll darauf geachtet werden, daß bei fortschreitendem Verschleiß der Reibungskupplung der Schaltweg nicht vergrößert wird.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung mit einer Sperr-Synchronisierung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Die Sperr-Synchronisierung nach der Erfindung besteht dabei aus an den Druckstücken vorgesehenen und nach un- SQ ten weisenden Schrägflächen, welche mit nach oben weisenden Schrägflächen des Synchronringes zusammenwirken, wobei diese Blockierungs-Schrägflachen jeweils an beiden Seiten des Druckstückes, in Umfangrichtung gesehen, angeordnet sind. Beim Schaltvorgang wird dann über die

Druckstücke der Synchronring die Reibkupplung schließen, wodurch der Synchronring eine Drehbewegung erhält mit seiner Blockierungsschräge an der entsprechenden Blockierungsschräge des Druckstückes fest aufzuliegen

0300A3/OB20

— ΤΙ kommt. Dabei wird das Druckstock an seiner Abwärtsbewegung, verursacht durch ein weiteres, axiales Verschieben der Schiebemuffe, behindert, ja sogar, je nach Auslegung dieser Schräge, kann das Druckstück sogar leicht aufwärts in Richtung Schiebemuffe bewegt werden, wodurch ein asynchrones Schalten durch Blockieren der Schiebemuffe verhindert wird. Hat nun ein Drehgeschwindigkeitsausgleich durch den festen Schluß der Reibkupplung stattgefunden, so wird die Tangentialkraft, verursacht durch die Drehzahldifferenz, welche die Blockierungsschrägfläche des Synchronringes an die des Druckstückes gepreßt hielt, nicht mehr vorhanden sein, so daß der radiale Druck von Seiten der Schiebemuffe das Druckstück des Synchronringes tangential wegschieben läßt, dabei die Schiebemuffe zu einer weichen Einkupplung freigebend .

Diese Blockierungsschrägen an Druckstück und Synchronring können erfindungsgemäß eine beliebige Anordnung besitzen, wobei in einer ersten Weiterbildung des Erfindungsgedankens diese Schräge an den beiden tangential weisenden Seiten des DruckStückes vorgesehen sind und gleichzeitig der Synchronring axiale Fortsätze besitzt, welche jeweils die beiden Seiten des Druckstückes mit den Blockierungsschrägen umgreifen. Dabei dienen diese axialen Fortsätze durch ihr Eingreifen in entsprechende Ausnehmungen im Synchronkörper gleichzeitig der Drehmitnahme zwischen Synchronkörper und Synchronring, wodurch weitere Maßnahmen zur Verdrehversicherung entfallen.

Gemäß einer anderen Weiterbildung des Erfindungsgedankens können diese Blockierungsschrägen an einer in Achsrichtung zum Synchronring hin weisenden Nase des

Druckstückes vorgesehen sein, wobei gleichzeitig der Synchronring eine entsprechende Ausnehmung aufweist, die entsprechende Blockierungsschrägen besitzt.

030043/0520

-δ-Neuerungsgemäß weist das Druckstück auch eine axiale Schrägung auf, welche mit einer entsprechenden axialen Schrägung am Synchronring zusammenwirkt, wodurch die Kupplungskraft verstärkt wird.

Die synchronisierende Reibungskupplung zwischen Synchronring und dem Zahnrad kann erfindungsgemäß als eine Konuskupplung ausgebildet sein, es kann aber auch eine Lamellenkupplung zur Anwendung kommen.

Desweiteren besitzt gemäß einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens die Druckfläche am Synchronring, auf welche beim Gangschalten das Druckstück agiert, eine kontär abgeschrägte Ausbildung,und zwar derart, daß das Druckstück praktisch auf eine schiefe Ebene aufläuft, wenn eine größere, tangentiale Relativbewegung zwischen Druckstück und Synchronring vorhanden ist. Diese größere Relativbewegung tritt auf, wenn ein Verschleiß an den Reibflächen der Kupplung stattfindet, wodurch der Synchronring bis zum vollen Einkuppeln einen weiteren axialen Weg zurücklegen muß. Der Synchronkörper und die axialen Portsätze am Synchronring, welche gleichzeitig der Drehmitnahme zwischen Synchronring und Synchronkörper dienen, weisen ebenfalls gleichgerichtete/ schräge Berührungsflachen auf. Tritt nun durch Kupplungsverschleiß ein axialer Zusatzweg auf, so wird dieser axiale Zusatzweg durch die schrägen Mitnahmeflächen in einen tangentialen Zusatzweg bei der Mitnahme umgewandelt. Durch diesen tangentialen Zusatzweg erhält der Synchronring im Verhältnis zum Druckstück auch eine tangentiale Verschiebung, wodurch das Druckstück auf der Schrägung der Druckfläche am Synchronring aufläuft. Dabei ist diese Schrägung derart ausgelegt, daß ein genauer Ausgleich dieser zusätzlichen Verschiebewege stattfinden.und somit trotz größerem, axialen Einrückweg des Synchronringes die Schaltmuffe selbst immer den gleichen Ansynchronisierungsweg zurücklegt. Diese erfindungsgemäße Verschleißnachstellung kann außer an den erfindungsgemäßen Sperr-

030043/0520

Synchronisierungen auch bei allen anderen Synchronisierungen mit Reibkegelpaarungen angewendet werden.

Weitere Merkmale der Sperr-Synchronisierungen nach der Erfindung werden im folgenden in Verbindung mit den in der Zeichnung wiedergegebenen Ausführungsbeispielen erläutert .

In der Zeichnung zeigen:
10

Fig. 1 einen axialen Schnitt durch eine Sperr-Synchronisierung nach der Erfindung in erster Ausführung,

Fig. 2 einen Schnitt nach den Linien II-II aus

Fig. 1,

Fig. 3 einen axialen Schnitt durch eine Sperr-Synchronisierung nach der Erfindung in zweiter Ausführung,

Fig. 4 einen Schnitt nach den Linien IV-IV aus Fig. 2,

Fig. 5 einen axialen Teilschnitt durch die Sperr-

Synchronisierung nach, der Erfindung mit einer Lamellenkupplung als synchronisierende Reibkupplung,

Fig. 6 und 7 einen axialen Schnitt durch, bzw. eine

Draufsicht auf einen Verschleißausgleich nach der Erfindung.

Die Sperr-Synchronisierung nach der Erfindung besteht, wie aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich wird, aus einem Synchronkörper 19, welcher neben einer nicht dargestellten Laufverzahnung eine Kupplungsverzahnung 16 aufweist. In dem Synchronkörper 19 sind radial weisende Druckstük-

030043/0520

- 10 -

-ΙΟΙ ke 17 vorgesehen,-welche an ihrer Unterseite je eine ballige Ausbildung 18 aufweisen, die in einer entsprechenden Ausnehmung 20 im Synchronkörper sowohl ein radiales Verschieben als auch ein axiales Verschwenken der Druckstücke 17 erlauben. Eine Feder 22, über welche sich jedes Druckstück an seiner Unterseite am Synchronkörper abstützt, hält das Druckstück mit einer vorherbestimmten Kraft in eine ringförmige Ausnehmung 3 einer Schiebemuffe 2 gedrückt. Die Schiebemuffe 2 besitzt ihrerseits an ihrem Außenumfang eine ringförmige Ausnehmung 1, in welche in bekannter Weise ein nicht dargestellter Gleitstein einer Schaltgabel eingreift. An ihrem Innendurchmesser besitzt die ringförmige Schiebemuffe 2 eine Kupplungs-Innenverzahnung 4, welche der Kupplungs-Außenverzahnung 16 des Synchronkörpers 19 entspricht und in welche sie axial gleitend eingreift. Koaxial zum Synchronkörper 19 ist ein Zahnrad 8 vorgesehen, welches auf einem wellenförmigen Teil 14 des Synchronkörpers 19 drehbar gelagert, jedoch axial unverschiebbar angeordnet ist.

Das Zahnrad 8 besitzt eine Laufverzahnung 6 und auf der Seite zur Schiebemuffe hin eine Kupplungsverzahnung 7, welche im wesentlichen gleich ist mit der Kupplungsverzahnung 16 des Synchronkörpers 19. Zwischen dem Zahnrad 8 und dem radförmigen Keil des Synchronkörpers 19 ist ein Synchronring 9 vorgesehen, welcher die Drehbewegungen des Synchronkörpers mitmacht, sich jedoch axial von diesem weg verschieben läßt. An seiner Unterseite besitzt der Synchronring 9 einen Konus, welcher zusammen mit einer entsprechenden konischen Fläche des Zahnrades 8 eine Konuskupplung 11 bildet. Die Drehversicherung zwischen dem Synchronring 9 und dem Synchronkörper 19 ist aus axial weisenden Fortsätzen 10 gebildet, welche paarweise je einem Druckstück zugeordnet sind. Dabei besitzt jedes Druckstück 17 in Höhe der Fortsätze 10 in

3*> Umfangsrichtung zwei nach unten weisende Schrägen 13, welche mit gleichlaufenden, aber nach oben verlaufenden Schrägen 12 der Fortsätze 10 zusammenarbeiten.

030043/0520

- 11 -

Wie aus Fig. 3 und 4 zu ersehen ist, besitzt in einer anderen Ausführung das Druckstück 17 eine axial weisende Nase 25, welche in ümfängsrichtung zu beiden Seiten nach unten weisende Schrägen 27 besitzt. Die Nase 25 greift in eine entsprechende Ausnehmung im Synchronring 9 ein, welche mit entsprechenden nach oben weisenden Schrägen 26 ausgestattet ist, deren Ausrichtung der Ausrichtung der Schrägen 27 gleich ist. Die Nase 25 besitzt an der Unterseite eine weitere Schräge 29, welche in eine entsprechende, ebenfalls axiale Schräge 28 am Synchronring 9 eingreift. Das Druckstück 17 ist dabei im Synchronkörper 19 so geführt, daß es sich infolge der axialen Bewegung der Schiebemuffe 2 ausschließlich in radialer Richtung bewegen kann.

Wie aus Fig. 5 ersichtlich wird, ist zwischen Synchronring 9 und dem Zahnrad 8 als Teilkupplung eine Lamellenkupplung 31 vorgesehen.

In einer weiteren Ausführung, wie in Fig. 6 und 7 dargestellt, besitzt der Synchronring 9 eine Druckfläche 34, auf welche das Druckstück 17 mit einer axial gerichteten Nase 32 unter Einwirkung der Schiebemuffe 2 einwirkt, wobei die Druckfläche 34 im wesentlichen wie eine Konkave gebrochene Fläche ausgebildet ist, und wobei zwei Schrägflächen 33 zu beiden Seiten des Druckpunktes zwischen Druckstück und Synchronring vorgesehen sind, welche die Breite des Synchronringes in Umfangsrichtung konstant vergrößern. Die axialen Fort-» sätze 10 des Synchronringes 9, welche in dieser Ausführung das Druckstück 17 umgreifen und gleichzeitig auch der Drehmitnahme zwischen Synchronring 9 und Synchronkörper 19 dienen, besitzen an ihren vom Druckstück wegweisenden Umfangsflachen jeweils eine Schräge 35, welche mit einer entsprechenden Schräge 36 am Synchronkörper 19 zusammenwirken. Dabei ist der Winkel, den die schräge Fläche 33 zu einer zur Drehachse senkrechten Ebene bildet, im wesentlichen gleich mit dem Winkel, den die Schrägflächen 35 und 36 mit einer achsparallelen Ebene bilden. Wird der zusätzliche Verschiebungsweg, welchen der Synchronring wegen Kupplungsverschleiß in Richtung

030043/0520

- 12 -

Zahnrad 8 zurückzulegen hat, mit λχ bezeichnet, so wird einer axialen Verschiebung des Synchronringes um den Wert Ax die Schrägfläche 35 um den gleichen Wert axial verschoben, was eine Vergrößerung des Anschlagspieles zwisehen den beiden Schrägen 35 und 36 um den Wert Ay, in Tangentialrichtung gesehen, verursacht. Der Synchronring 9 wird folglich beim Einkuppeln eine um den Wert Ay größere relative Bewegung zum Synchronkörper hin ausüben, was bewirkt, daß die Nase 32 des Druckstückes 17 um den gleichen Wert auf die Schräge 33 aufläuft, was eine axiale Zusatzverschiebung um ax bewirkt- Es findet folglich bei einer axialen Zusatzverschiebung des Synchronringes 9 um einen Verschleißwert von δχ lediglich eine TangentialverSchiebung Ay des Synchronringes statt, während das Druckstück 17 und die Schiebemuffe 2 keine vom Kupplungsverschleiß abhängige Zusatz-Wege ausführen müssen..

Die Sperr-Synchronisierung nach der Erfindung funktioniert im wesentlichen wie folgt:

Ist beispielsweise die Schaltsituation derart, daß der Synchronkörper samt der mit ihm drehfesten Teile, wie Schiebemuffe 2, Druckstück 17 und Synchronring 9, eine bedeutend niedrig are Drehzahl aufweisen, als das Zahnrad 8, so wird be'. der Bestrebung die beiden sich unterschiedlich i .-. . drehenden Teile, also den Synchronkörper 19 und das Zahnrad 8, zu kuppeln, die Schiebemuffe, welche in der Kupplungsverζahnung 16 des Synchronkörpers axial gleitet, durch den Gleitstein einer Schaltgabel in Richtung des Zahnrades 8 zu verschieben versucht. Dabei wird die Schiebemuffe 2 in ihrer axialen Bewegung die Druckstücke 17 mitnehmen, deren entsprechenden Verschwenkbewegungen eine axiale Verschiebebewegung des

" Synchronringes 9 verursachen, wodurch die Konuskupplung 11 zum Eingriff kommt und somit der Synchronring 9 eine tangentiale Mitnahmebewegung erhält. Der Synchronring 9 wird sich, der Bewegung des Zahnrades 8 folgend,

030043/0520

- 13 -

zusätzlich drehen und dabei mit seinen Mitnahmefortsätzen 10 in Umfangsrichtung an den Druckstücken 17 anschlagen. Dabei werden die Schrägen 12, welche in Drehrichtung weisen, unter den Schrägen 13 der Druckstücke fest zur Anlage kommen, wodurch das Druckstück an einer radialen Einwärtsbewegung gehindert wird. Dies hat zur
Folge, daß die Schiebemuffe bei ihrer axialen Verschiebebewegung die Druckstücke 17 nicht hineindrücken kann, solange eine Relativbewegung zwischen Synchronkörper und Zahnrad 8 vorhanden ist, daß also die Schaltkraft nicht ausreicht, um den die Abwärtsbewegung der Druckstücke blockierenden axialen Fortsatz zurückzuschieben. Erst wenn ein Geschwindigkeitsausgleich stattgefunden hat, also Synchronkörper, Synchronring und Zahnrad sich gleich drehen, kann das Druckstück in seiner Abwärtsbewegung den Fortsatz 10 tangential zurückschieben, so daß die Schiebemuffe 2 axial weitergeschoben werden kann, bis sie in die Kupplungsverzahnung 7 des Zahnrades 8 voll eingreift.

Bei dem Ausführungsbeispiel, bei welchem die Blockierungsschrägflächen an der Nase 25 des Druckstückes 17 vorgesehen sind, ist die Funktion im wesentlichen gleich, wie bei dem oben beschriebenen Beispiel der Fig. 1

. und 2.

Akte 5585

030043/0520

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE

   1. Sperr-Synchronisierung für Getriebeschaltungen, bei welcher zwei mit unterschiedlicher Drehzahl rotierende, konzentrisch angeordnete Elemente, z.B. Zahnräder, mit Hilfe einer axial verschiebbaren, ringförmigen Schiebemuffe zusammengekoppelt werden, wobei eine Xupplungs-Innenverzahnung der Schiebemuffe in je eine entsprechende Kupplungs-Außenverzahnung der beiden rotierenden Elemente eingreift, mit im ersten Element, dem Synchronkörper radial geführten und feder-

   10· belasteten Druckstücken, welche in eine ringförmige Ausnehmung an der Innenseite der Schiebemuffe eingreifen und axial verschwenkbar sind und mit einem Synchronring, welcher axial zwischen den beiden sich drehenden Elementen angeordnet ist und mit dem Syn-.

   chronkörper die gleiche Drehbewegung ausübt, wobei Teile des zweiten Elementes mit Teilen des Synchronringes gemeinsam eine Kupplung bilden, dadurch gekennzeichnet, daß in Umfangsrichtung am Synchronring (9) nach oben weisende (12) und am Druckstück nach unten gerichtete

   (13) Schrägflächen (Blockierungs-Schrägflachen) angeord-

   Akte 5585

   030043/0520 - 2 -

   net sind, um ein Eindrücken der Druckstücke (17)
   durch die Schiebemuffe (2) bei Drehzahldifferenz,
   und damit ein Einkuppeln zu verhindern.

   Sperr-Synchronisierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Blockierungs-Schrägflachen (13) in Umfangsrichtung an beiden Seiten der Druckstücke (17) vorgesehen sind und jeweils mit den entsprechenden Blockierungs-Schrägf lachen (12) an axial weisenden Fortsätzen (10) des Synchronringes (9) zusammenwirken, wobei je zwei Fortsätze (10) einem Druckstück (17) zugeordnet sind (Fig. 1 und 2).

   3. Sperr-Synchronisierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Druckstücke (17) eine axial gerichtete Nase (25) besitzt, an welcher in Tangentialrichtung die Blockierungs-Schrägflachen (27) vorgesehen sind, wobei die Nase (25) in eine mit entsprechenden
   Schrägflächen (26) ausgestattete Ausnehmung im Synchronring hineingreift und das die Druckstücke (17) für eine Radialbewegung geführt sind (Fig. 3 und 4).

   4. Sperr-Synchronisierung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Nase (25) eine Schrägung (29) in
   axialer Richtung aufweist, welche mit einer entsprechenden axialen Schrägung (28) im Synchronring (9)
   zusammenwirkt.

   5. Sperr-Synchronisierung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Konuskupplung
   als synchronisierende Reibungskupplung (11).

   6. Sperr-Synchronisierung nach Anspruch 1, gekennzeich-

   030043/0520 - 3 -

   -3-

   net durch die Verwendung einer Lamellenkupplung (31) als synchronisierende Reibungskupplung.

   7. Sperr-Synchronisierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfläche zwischen Synchronring (9) und Druckstück (17), die Druckfläche (34), zwei auf das Druckstück (17) hinweisende Schrägungen (33) aufweist, wobei der Schrägungswinkel dieser Flächen im wesentlichen dem Schrägungswinkel der Kontaktflächen (35, 36) zwischen Synchronkörper (19) und Synchronring (9) gleich ist.

   03004 3/0520