DE4211769A1 - Synchronisiereinrichtung fuer schaltkupplungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Synchronisiereinrichtung für Schaltkupplungen nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.

Eine derartige Synchronisiereinrichtung ist z. B. in der DE-AS 26 59 448 beschrieben. Diese vorbekannte Synchronisiereinrichtung hat den Zweck, eine Verkürzung der Schaltwege am Betätigungsende des Schalthebels zu erzielen oder ohne Veränderung des Weges am Schalthebel die Schalthebelübersetzung zu vergrößern und somit bei gleicher Kraft am Schalthebel entsprechend mehr Kraft an der Schaltmuffe für den Synchronisierungsvorgang zur Verfügung zu haben bzw. bei gleichbleibender Kraft an der Schaltmuffe eine kleinere Kraft am Schalthebel aufbringen zu müssen.

Hierzu wird bei der DE-AS 26 59 448 vorgeschlagen, daß an zumindest zwei Stellen des Umfanges die Zähne der Schaltmuffe axial in Richtung auf den Kupplungskörper zu verlängern sind und daß der Synchronisierring nur in den Bereichen der unverlängerten Zähne der Schaltmuffe Sperrzähne aufweist. Der Bereich der verlängerten Zähne nimmt dabei einen kleineren Sektor ein als der Bereich, in dem die Schaltmuffe frei von Sperrzähnen ist. Durch diese Ausgestaltung wird erreicht, daß der Schaltweg um das Maß der Verlängerung der Zähne der Schaltmuffe verkürzt ist.

Nachteilig bei dieser vorbekannten Synchronisiereinrichtung ist jedoch, daß der Verschleiß im Reibkonus des Kupplungskörpers im Abstand berücksichtigt werden muß, d. h., diesen Verschleißweg muß man im Neuzustand entsprechend berücksichtigen bzw. vorhalten. Ein weiterer Nachteil liegt auch darin, daß sich nach dem Entsperren wieder eine Differenzdrehzahl zwischen dem zu synchronisierenden Losrad und der mit der Abtriebswelle drehfest verbundenen Schiebemuffe aufbaut. Hierfür wurden zwei Ursachen gefunden:

• 1. Eine Verdrehung des Synchronisierringes und somit auch des Losrades gegenüber der Schiebemuffe während des Entsperrvorganges.
• 2. Das auf den kupplungsseitigen Antriebsstrang, der nach dem Entsperren frei ist, einwirkende Getriebeverlustmoment.

Die Differenzdrehzahl aus 1. summiert sich je nach Schaltrichtung positiv oder negativ zu der Differenzdrehzahl aus 2. Die Differenzdrehzahl aus dem Getriebeverlustmoment hängt in erster Linie von der Höhe des Verlustmomentes und von der Dauer des Durchschaltvorganges ab.

Da nun durch die Differenzdrehzahl das Schaltverhalten negativ beeinträchtigt wird, insbesondere durch die Notwendigkeit von höheren Schaltkräften und einer Geräuschentwicklung, sollte deren Auftreten soweit wie möglich verhindert werden.

Die Verdrehung des Synchronringes und das Getriebeverlustmoment können nur in sehr engen Grenzen positiv geändert werden. Aus diesem Grunde muß versucht werden, die Durchschaltzeit der Schaltmuffe zu verkürzen. Eine Möglichkeit hierzu wäre es, den Abstand zwischen der Verzahnung der Schiebemuffe in Sperrstellung und der Kupplungsverzahnung am Losrad möglichst klein zu halten. Dieser Forderung steht jedoch eine praktische Schwierigkeit dergestalt gegenüber, daß zur Berücksichtigung des über die Lebensdauer der Synchronisierung auftretenden Verschleißes in der Reibkupplung ein Mindestabstand zur sogenannten Funktionsgrenze vorgehalten werden muß, d. h. es muß eine Verschleißreserve vorgesehen werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Synchronisiereinrichtung der eingangs erwähnten, Art zu schaffen, bei der das Auftreten einer Differenzdrehzahl durch eine Verringerung der Durchschaltzeit der Schaltmuffe auf ein Minimum reduziert wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß mit dem Synchronisierring ein Einspurkörper axial fest verbunden ist, jedoch relativ zu diesem drehbar, wobei der Einspurkörper mit einer Einspurverzahnung versehen ist, in die nach Erreichen der Synchrondrehzahl die Innenverzahnung der Schaltmuffe eingreift und wobei der Einspurkörper über Verbindungsglieder drehfest, jedoch axial verschiebbar, mit dem Kupplungskörper oder dem dazugehörigen Loszahnrad verbunden ist.

Durch den erfindungsgemäßen Einspurkörper ist ein Einspuren der Schaltmuffe sofort nach dem Entsperren möglich. Durch die drehfeste Verbindung des Einspurkörpers über entsprechende Verbindungsglieder mit dem Kupplungskörper oder direkt mit dem Loszahnrad erfolgt dabei gleichzeitig eine Verbindung mit dem Loszahnrad.

Durch diese Ausgestaltung läßt sich die Durchschaltzeit deutlich verringern, wobei der Verzahnungsabstand auf ein Minimum reduziert worden ist. Gleichzeitig ist diese Ausgestaltung jedoch vom Verschleiß der Reibkupplung unabhängig. Die erforderliche Verschleißreserve ist erfindungsgemäß nunmehr zwischen dem Einspurkörper und dem Kupplungskörper oder zwischen dem Einspurkörper und dem Losrad angeordnet. Zwischen dem Synchronisierring und dem Einspurkörper bzw. zu der Innenverzahnung der Schaltmuffe ist nur ein Minimalabstand erforderlich, der verschleißunabhängig ist.

Durch die axial feste Verbindung des Einspurkörpers mit dem Synchronisierring bleibt der Abstand zwischen den Verzahnungen konstant und ermöglicht gleichzeitig eine Relativdrehzahl.

Durch die Verbindungsglieder, die als Bolzen, Stifte, Nasen oder dergleichen ausgebildet sein können, erfolgt eine Ausrichtung der Einspurverzahnung auf die Kupplungsverzahnung. Statt Bolzen, Stifte oder Nasen ist auch eine Verzahnung denkbar.

Die Einspurringzähne können mit den Zähnen in dem Kupplungskörper oder dem Loszahnrad axial fluchten oder alternativ dazu axial in Wirkrichtung des Getriebeverlustmomentes verdreht sein.

Durch eine gezielte Verdrehung der Zähne zueinander, was z. B. durch eine Federeinrichtung erreicht werden kann, wird der Schaltvorgang erleichtert. Trifft nämlich z. B. die Schiebemuffenverzahnung so auf die Einspurringverzahnung auf, daß gegen das Verlustmoment verdreht werden muß, so braucht nur der Einspurkörper gegebenenfalls zusätzlich gegen die Wirkung einer Feder verdreht zu werden. Erfolgt der Kontakt jedoch auf der anderen Flanke, so werden Einspurkörper und Kupplungskörper gemeinsam mit Unterstützung des Verlustmomentes verdreht.

In Weiterbildung der Erfindung kann dieser Schaltvorgang noch durch eine einseitige Anschrägung an der Kupplungsverzahnung unterstützt werden.

Eine einfache, konstruktive Lösung für die Verbindung und Anordnung des Einspurkörpers an dem Synchronisierring kann vorgesehen sein, daß der Synchronisierring auf der dem Loszahnrad zugewandten Seite mit einer Andrehung versehen ist, auf der der Einspurkörper gelagert ist.

Durch diese Maßnahme ist der Einspurkörper auf dem Synchronisierring zentriert geführt.

Zur axialen Fixierung des Einspurkörpers auf der Andrehung kann dabei vorgesehen sein, daß die Andrehung und der Einspurkörper mit miteinander fluchtenden Aussparungen versehen sind, in denen ein Mitnahmeglied angeordnet ist. In einfacher Weise kann das Mitnahmeglied als Sprengring, als Scheibe oder als Schnappring ausgebildet sein, der in entsprechend halbrunden Nuten des Einspurkörpers und des Synchronisierringes eingelegt ist.

Eine sehr vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung kann darin bestehen, daß der Einspurkörper gleichzeitig den Kupplungskörper bildet, wobei dieser über eine Verzahnung mit dem Losrad verbunden ist.

Auch diese Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht ein Einspuren der Schaltmuffe sofort nach dem Entsperren, und zwar ohne einen separaten Einspurkörper, bzw. der Einspurkörper übernimmt gleichzeitig die Funktion einer Kupplung.

In diesem Falle kann in einer Weiterbildung auch vorgesehen sein, daß die Reibschlußverbindung zwischen dem Synchronisierring und dem Loszahnrad ausgebildet ist.

Die vorstehend beschriebene Ausführungsform bringt insbesondere fertigungstechnische Vorteile. Dabei befinden sich die Einspurschrägen wieder, wie bei herkömmlichen Synchronisierungen, an dem Kupplungskörper als Außenverzahnung.

Mit den beiden vorstehend beschriebenen Möglichkeiten sind auch noch weitere Kombinationen denkbar, wobei z. B. Sperr- und Einspurverzahnung getrennt angeordnet werden können, so daß die Winkel auf die jeweiligen Funktionen optimiert werden können.

Eine Kombination mit mehreren Reibkonen, z. B. Doppelkonus-Synchronisierungen, ist ebenfalls möglich. Ebenso ist eine analoge Anwendung bei Bolzensperren denkbar.

Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung prinzipmäßig beschrieben.

Es zeigt

Fig. 1 eine stark vereinfachte Prinzipskizze der Synchronisiereinrichtung;

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Synchronisiereinrichtung nach der Fig. 1 aus Pfeilrichtung A;

Fig. 3 eine Prinzipdarstellung eines Einspurvorgangs mit Hilfe des Getriebeverlustmomentes;

Fig. 4 ein Prinzipdarstellung eines Einspurvorganges gegen das Getriebeverlustmoment;

Fig. 5 eine stark vereinfachte Prinzipskizze einer anderen Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 6 eine Ansicht aus Pfeilrichtung B der Fig. 5.

Grundsätzlich ist die Synchronisiereinrichtung von bekannter Bauart und sie funktioniert in bekannter Weise, weshalb nachfolgend nur auf die für die Erfindung wesentlichen Teile näher eingegangen wird.

Die axiale Verschiebebewegung einer Schaltmuffe 1 für einen Schaltvorgang wird durch einen ausgelenkten Synchronisierring 2 bis zum Gleichlauf verhindert. Auf einer Andrehung 3 des Synchronisierringes 2, die zu einem Losrad 4 gerichtet ist, ist ein Einspurkörper 5 in Form eines Einspurringes gelagert. Der Einspurkörper 5 ist relativ zum Synchronisierring 2 drehbar, wird jedoch durch ein Mitnahmeglied in Form eines Schnappringes 6 axial zu dem Synchronisierring 2 festgehalten. Hierzu besitzen sowohl der Synchronisierring 2 auf seiner Andrehung 3 als auch der Einspurkörper 5 auf seiner inneren Umfangswand jeweils eine halbrunde Aussparung 7 bzw. 8, in die der Schnappring 6 eingelegt ist.

Durch diese Ausgestaltung wird sich stets ein fester Abstand (innerhalb der üblichen Toleranzen der betroffenen Teile) zu einem Kupplungskörper 9 einstellen, und zwar unabhängig vom axialen Abstand des Synchronisierringes 2 zu dem Kupplungskörper 9. Der feste Abstand liegt dabei zwischen der Rückseite der Sperrzähne einer Sperrverzahnung 10 des Synchronisierringes und der Einspurringzähne einer Einspurverzahnung 11 des Einspurkörpers 5 vor.

Der Einspurkörper 5 wiederum ist selbst drehfest, aber axial verschiebbar, mit einem Kupplungskörper 9 verbunden. Die Einspurverzahnung 11 des Einspurkörpers 5 fluchtet dabei axial mit einer Verzahnung 12 des Kupplungskörpers 9. Die drehfeste Verbindung des Einspurkörpers 5 mit dem Kupplungskörper 9 ist durch mehrere Bolzen 13 sichergestellt, die in entsprechenden Bohrungen 14 und 15 in dem Kupplungskörper 9 und dem Einspurkörper 5 gelagert sind. Für die axiale Verschiebbarkeit werden dabei die Bolzen 13 in den Bohrungen 15 des Einspurkörpers 5 fest, jedoch in den Bohrungen 14 des Kupplungskörpers 9 mit Spiel angeordnet sein. Selbstverständlich ist jedoch auch die umgekehrte Ausgestaltung möglich.

Der Abstand zwischen der Rückseite der Sperrzähne der Sperrverzahnung 10 des Synchronisierringes 2 und der Einspurringzähne der Einspurverzahnung 11 des Einspurkörpers 5 muß zusammen mit der axialen Länge der Sperrzähne der Sperrverzahnung 10 so abgestimmt sein, daß - unter Berücksichtigung aller maßgeblichen Toleranzen - eine Innenverzahnung 16 der Schiebemuffe 1 direkt nach dem Entsperren, d. h. ohne Überdeckung, in die Einspurverzahnung 11 des Einspurkörpers 5 eintaucht.

Da die Stellung der Zähne der Einspurverzahnung 11 und die Zähne der Sperrverzahnung 10, und somit auch die der Innenverzahnung 16 der Schiebemuffe 1, zueinander rein zufällig ist, kann sich im ungünstigsten Falle ein Zahn der Innenverzahnung 16 gegenüber einem Zahn der Einspurverzahnung 11 Stellung ergeben. Da sich nach dem Entsperren das Losrad 4, und somit der Kupplungskörper 9 mit dem Einspurkörper 5, bedingt durch das Verlustmoment, wieder relativ zur Schiebemuffe 1 dreht, gleichzeitig jedoch die Innenverzahnung 16 der Schiebemuffe 1 in die Geometrie der Einspurverzahnung 11 eintaucht, ist der mögliche Verdrehweg kleiner als eine Zahnteilung. Dadurch wird die mögliche Zeitspanne zum Aufbau einer Differenzdrehzahl gegenüber einer Synchronisierung bekannter Art erheblich verkürzt, da die Verschleißreserve jetzt im Abstand zwischen der Rückseite der Einspurverzahnung 11 und der Verzahnung des Kupplungskörpers 9 berücksichtigt ist.

Nach dem vollständigen Einspuren der Verzahnung 16 der Schiebemuffe 1 in die Einspurverzahnung 11 kann die Schiebemuffe 1 direkt weiter in die Verzahnung 12 des Kupplungskörpers 9 eingeschoben werden. Gleichzeitig erfolgt damit eine Verbindung mit dem Losrad 4.

Eine weitere Möglichkeit kann darin bestehen, dem Einspurkörper 5 eine Verdrehmöglichkeit von z. B. einer halben Zahnteilung gegenüber dem Kupplungskörper 9 zu ermöglichen. Dabei soll die Verdrehung in Wirkrichtung des Getriebeverlustmomentes erfolgen. Eine gezielte Verdrehung könnte dabei z. B. durch eine Feder 20 erreicht werden (siehe Fig. 4). Die Feder 20 ist dabei zwischen den Kupplungskörper 9 und den Einspurkörper bzw. den mit dem Einspurkörper 5 verbundenen Bolzen 13 in Umfangsrichtung gespannt. Hierzu können die Bolzen 13 z. B. zu deren Verschiebung entsprechend in Langlöcher angeordnet sein.

Trifft nun die Innenverzahnung 16 der Schiebemuffe 1 so auf die Einspurverzahnung 11 des Einspurkörpers 5 auf, daß gegen das Getriebeverlustmoment Tv verdreht werden muß, so braucht nur der Einspurkörper 5 gegen die Federkraft verdreht zu werden. Aus der Fig. 4 ist diese Einspurstellung ersichtlich, wobei die Wirkrichtung des Getriebeverlustmoments Tv ersichtlich ist. Dabei ist die Stellung des Einspurkörpers 5 mit seiner Einspurverzahnung 11 kurz vor dem Einspuren dargestellt.

Erfolgt der Kontakt jedoch auf der anderen ablaufenden Flanke, so werden der Einspurkörper 5 und der Kupplungskörper 9 gemeinsam mit Unterstützung des Getriebeverlustmoments verdreht (siehe Fig. 3). Im Bedarfsfalle kann noch durch eine einseitige Anspitzung bzw. Anschrägung 21 an der Verzahnung 12 des Kupplungskörpers 9 eine Unterstützung erfolgen. Die Anschrägung 21 befindet sich dabei auf der von der Wirkrichtung des Getriebeverlustmoments Tv abgewandten Seite der Verzahnung 12. Diese Anschrägung 21 arbeitet - wie ersichtlich- mit den angespitzten Zähnen der Innenverzahnung 16 der Schaltmuffe zusammen. Durch die Anschrägung wird vermieden, daß die Spitzen der Zähne der Innenverzahnung 16 auf gerade Zahnflächen der Verzahnung 12 treffen. Diese Ausgestaltung hat gegenüber einer Konstruktion mit einer in ähnlicher Größenordnung liegenden Verdrehmöglichkeit des Kupplungskörpers 9 gegen das Losrad 4 den Vorteil, daß nach abgeschlossenem Durchschaltvorgang keine Lastwechselschläge auftreten können.

In den Fig. 5 und 6 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, wobei der Einspurkörper 50 gleichzeitig den Kupplungskörper bildet oder umgekehrt. Grundsätzlich funktioniert dieses Ausführungsbeispiel jedoch in gleicher Weise wie das Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2. Der Einspur- bzw. Kupplungskörper 50 ist gegenüber einer Reibkupplung 17 in einem Zahnprofil 18 axial verschiebbar. Das Zahnprofil 18 ist dabei in das Losrad 4 eingeformt und arbeitet mit entsprechenden Zähnen am Innenumfang des Synchronkörpers 50 zusammen.

Die Reibkupplung 17 ist entweder fest mit dem Losrad 4 verbunden oder, wie dargestellt, in einer Einheit mit diesem gefertigt.

Die Einspurschrägen befinden sich wieder, wie bei herkömmlichen Synchronisierungen, an der Kupplungsverzahnung 19 des Einspurkörpers 50.

Der Schaltvorgang erfolgt auch bei diesem Ausführungsbeispiel in gleicher Weise wie bei dem nach den Fig. 1 und 2 beschriebenen Ausführungsbeispiel.

Die Lagerung und axiale Fixierung des Einspurkörpers 50 auf dem Synchronisierring 2 erfolgt ebenfalls in gleicher Weise auf einer Andrehung 3 mit halbrunden Aussparungen 7 und 8 und einem Schnappring 6 als Mitnahmeglied.

Bezugszeichen

 1 Schaltmuffe
 2 Synchronisierring
 3 Andrehung
 4 Loszahnrad, Losrad
 5 Einspurkörper
 6 Mitnahmeglied, Schnappring
 7 Aussparung
 8 Aussparung
 9 Kupplungskörper
10 Sperrverzahnung
11 Einspurverzahnung
12 Verzahnung
13 Verbindungsglied
14 Bohrung
16 Innenverzahnung
17 Reibkupplung
18 Zahnprofil
19 Verzahnung
20 Feder
21 Anschrägung
22 Einspurkörper

Claims (13)

1. Synchronisiereinrichtung für Schaltkupplungen, insbesondere von Schaltgetrieben für Kraftfahrzeuge, mit einer durch axiales Verschieben mit einer Welle drehstarr verbindbaren und mit einer Innenverzahnung versehenen Schaltmuffe, mit einem mit einer Außenverzahnung versehenen Kupplungskörper sowie mit einem Synchronisierring, der in Umfangsrichtung mit der Schaltmuffe über eine Außenverzahnung in formschlüssiger und mit dem Kupplungskörper in reibschlüssiger Verbindung steht, wobei die Außenverzahnung des Synchronisierringes als Sperrverzahnung ausgebildet ist, die ein Ineingriffkommen der Innenverzahnung der Schaltmuffe mit der Außenverzahnung des Kupplungskörpers erst bei Synchrondrehzahl zuläßt, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Synchronisierring (2) ein Einspurkörper (5, 50) axial fest, jedoch relativ zu diesem drehbar, verbunden ist, wobei der Einspurkörper (5, 50) mit einer Einspurverzahnung (11) versehen ist, in die nach Erreichen der Synchrondrehzahl die Innenverzahnung (16) der Schaltmuffe (1) eingreift, und wobei der Einspurkörper (5, 50) über Verbindungsglieder (13, 18) drehfest, jedoch axial verschiebbar, mit dem Kupplungskörper (9) oder dem dazugehörigen Loszahnrad (4) verbunden ist.

2. Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsglieder als Bolzen, Stifte oder Nasen (13) ausgebildet sind, die in Bohrungen oder Aussparungen (14) des Kupplungskörpers (9) eingreifen.

3. Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 1; dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsglieder als Verzahnung zwischen dem Einspurkörper (5, 50) und dem Kupplungskörper (9) ausgebildet sind.

4. Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspurringzähne der Einspurverzahnung (11) mit den Zähnen der Verzahnung (12) in dem Kupplungskörper (9) axial fluchten.

5. Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspurringzähne der Einspurverzahnung (11) gegenüber den Zähnen der Verzahnung (12) in dem Kupplungskörper (9) axial in Wirkrichtung des Getriebeverlustmoments verdreht sind.

6. Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß für die Verdrehung eine Federeinrichtung (20) vorgesehen ist.

7. Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne der Verzahnung (12) des Kupplungskörpers (9) einseitige Anschrägungen aufweisen.

8. Synchronisiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Synchronisierring (2) auf der dem Loszahnrad (4) zugewandten Seite mit einer Andrehung (3) versehen ist, auf der der Einspurkörper (5, 50) gelagert ist.

9. Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur axialen Fixierung des Einspurkörpers (5, 50) auf der Andrehung (3) die Andrehung (3) und der Einspurkörper (5, 50) mit miteinander fluchtenden Aussparungen (7, 8) versehen sind, in denen ein Mitnahmeglied (6) angeordnet ist.

10. Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Mitnahmeglied ein Schnappring (6), ein Sprengring oder eine Scheibe ist.

11. Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einspurkörper (50) gleichzeitig den Kupplungskörper bildet, wobei dieser über Verbindungsglieder (18) mit dem Losrad (4) verbunden ist.

12. Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsglieder als Verzahnung (18) zwischen dem Einspurkörper (50) und dem Losrad (4) ausgebildet sind.

13. Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 10, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibschlußverbindung zwischen dem Synchronisierring (2) und dem Loszahnrad (4) angeordnet ist.