DE4224270A1 - Synchronisiereinrichtung für Stufengetriebe von Kraftfahrzeugen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Synchronisiereinrichtung für Stufengetriebe von Kraftfahrzeugen, mit einem lose auf einer Getriebewelle gelagerten Schaltrad, mit einem drehstarr mit dem Schaltrad verbundenen Kupplungskörper, der eine Außenver­ zahnung sowie eine zur Getriebewelle koaxiale, erste Konusfläche aufweist, mit einer Schaltmuffe, die drehstarr, aber axial verschiebbar auf der Getriebewelle angeordnet ist und eine zur Außenverzahnung des Kupplungskörpers komplementäre Innenver­ zahnung sowie eine erste Sperrverzahnung aufweist, mit einem Synchronisierring, der eine zur ersten Konusfläche komplementäre zweite Konusfläche sowie eine zur ersten Sperrverzahnung der Schaltmuffe komplementäre zweite Sperrverzahnung aufweist, wobei der Synchronisierring relativ zur Schaltmuffe zwischen Endlagen begrenzt drehbar ist und die Sperrverzahnungen mit aneinanderlie­ genden Sperrflächen in den Endlagen ein Ineingriffkommen der Außenverzahnung des Kupplungskörpers mit der Innenverzahnung der Schaltmuffe verhindern und erst bei Erreichen der Synchron­ drehzahl und reibschlüssiger Verbindung zwischen Synchronisier­ ring und Kupplungskörper unter Verdrehen des Synchronisierringes relativ zur Schaltmuffe zulassen, und mit Mitteln, die eine relative Verdrehung von Kupplungskörper und Schaltmuffe behin­ dern, wenn bei Synchrondrehzahl und außer Eingriff befindlichen Sperrflächen die reibschlüssige Verbindung durch Einleiten eines Momentes auf den Kupplungskörper gelöst wird.

Eine Synchronisiereinrichtung der vorstehend genannten Art ist aus der EP-PS 0 184 077 bekannt.

Die bekannte Synchronisiereinrichtung beruht auf dem Prinzip der sogenannten "Borg-Warner"-Synchronisierung. Bei einer solchen bekannten Synchronisierung wird beim Einlegen eines Ganges die Schaltmuffe, ausgehend von der neutralen Stellung, axial verschoben. Die Schaltmuffe nimmt bei dieser Axialbewegung einen Synchronisierring mit und drückt diesen gegen einen Gegenkonus des Kupplungskörpers, der drehstarr mit dem Schaltrad des einzulegenden Ganges verbunden ist. Dadurch wird eine reib­ schlüssige Verbindung zwischen Synchronisierring und Kupplungs­ körper hergestellt, die eine Drehzahlangleichung zwischen Welle, Schaltmuffe und Synchronisierring einerseits und Kupplungskörper sowie Zahnrad des einzulegenden Ganges andererseits bewirkt. Dabei wird, solange die Synchrondrehzahl nicht erreicht ist, der Synchronisierring vom Kupplungskörper in Umfangsrichtung gegenüber der Schaltmuffe soweit verdreht, wie es die form­ schlüssige Verbindung zwischen Synchronisierring und Schaltmuffe zuläßt. Dabei werden am Synchronisierring angebrachte Sperr­ flächen in eine Stellung gebracht, in der sie mit entsprechenden Sperrflächen an der Schaltmuffe in Eingriff kommen und ein axiales Verschieben der Schaltmuffe in Richtung auf den Kupp­ lungskörper verhindern. Bei den bekannten Synchronisiereinrich­ tungen sind diese Sperrflächen gewöhnlich an einer Außenver­ zahnung des Synchronisierringes angebracht, die der Außenver­ zahnung des Kupplungskörpers gleicht, während die Gegenflächen an den Enden der Zähne angebracht sind, die die Innenverzahnung der Schaltmuffe bilden. Nach Erreichen der Synchrondrehzahl läßt sich dann die Schaltmuffe an den Sperrflächen des Syn­ chronisierringes vorbei in die Außenverzahnung des Kupplungs­ körpers einschieben.

Solange die Schaltmuffe über ihre Sperrflächen eine Axialkraft auf die zugehörigen Sperrflächen des Synchronisierringes ausübt, wird, je nach Schräge dieser Sperrflächen zur Axialrichtung ein Reibmoment, nämlich das Synchronmoment, ausgeübt. Dieses Synchronmoment bewirkt die bereits erwähnte Drehzahlangleichung des Kupplungskörpers gegenüber dem Synchronisierring und der Schaltmuffe. Wenn nun der Kupplungskörper, im rotierenden System der genannten Elemente betrachtet, gegenüber der Schaltmuffe und dem Synchronring zum Stillstand gekommen ist (im raumfesten System also mit derselben Drehzahl rotiert), so gleiten die genannten Sperrflächen von Schaltmuffe und Synchronisierring aneinander vorbei und die Zähne der Schaltmuffe treten durch die Lücken zwischen den Zähnen des Synchronisierringes hindurch.

In diesem Augenblick wird demnach keine Axialkraft mehr auf den Synchronisierring ausgeübt und damit auch kein Synchronmoment auf den Kupplungskörper.

Aus der eingangs genannten EP-PS 0 184 077 ist nun bekannt, daß in diesem sehr kritischen Augenblick der Synchronisierung ein sogenanntes "Kaltkratzen" auftreten kann. Hierunter versteht man ein Phänomen, das dann auftreten kann, wenn die Getriebe­ elemente bei sehr kaltem Getriebe durch die hohe Viskosität des Getriebeöls stark abgebremst werden. Wenn dies der Fall ist, kann nämlich das mit dem Kupplungskörper verbundene Schaltrad des einzulegenden höheren Ganges starken Bremsmomenten ausgesetzt sein, die daher rühren, daß dieses Rad in sehr kaltem und hochviskosem Getriebeöl läuft. Durch diese starken Brems­ kräfte kann nun das Schaltrad mit dem Kupplungskörper so stark abgebremst werden, daß der Reibschluß zwischen Synchronisierring und Kupplungskörper in dem Augenblick verlorengeht, in dem die Zähne der Schaltmuffe durch die Lücken des Synchronisierringes hindurchtreten und - wie erwähnt - infolgedessen kein Syn­ chronmoment mehr aufgebracht wird. Die durch die Lücken des Synchronisierringes hindurchtretenden Zähne der Schaltmuffe treffen dann nicht mehr auf - im rotierenden System betrachtet - stillstehende Zähne des Kupplungskörpers, sondern vielmehr auf Zähne, die durch die Beendigung des Reibschlusses wieder in Rotation relativ zu Schaltmuffe/Synchronisierring geraten sind, nämlich im Sinne einer Drehzahlverminderung infolge der geschilderten Bremseffekte.

In der EP-PS 0 184 077 wird nun gelehrt, wie man dem Phänomen des "Kaltkratzens" durch eine bestimmte asymmetrische Formgebung zumindest der Zähne der Schaltmuffe begegnen kann.

Es hat sich nun gezeigt, daß ein ähnliches Phänomen aus ganz anderen physikalischen Gründen ebenfalls auftreten kann:

Im modernen Getriebebau für Kraftfahrzeuge, insbesondere Personenkraftwagen, geht man häufig zu immer höheren Antriebs­ leistungen über. Gleichzeitig wird im Interesse einer Reduzierung des Kraftstoffverbrauches angestrebt, die Elemente des Antriebs­ stranges so leicht wie möglich auszulegen. Bei Wellen im Antriebsstrang führt eine Gewichtsverminderung jedoch stets zu einer Verminderung der Querschnittsfläche und damit zu einer Erhöhung der Drehelastizität.

Insbesondere bei Antriebsanordnungen mit Frontmotor und Hinter­ achsantrieb findet man sehr lange Antriebswellen (Kardanwellen) vor, die sich bei hohen Antriebsleistungen und daher hohen Synchronmomenten elastisch verdrehen können. Wird nämlich bei einer Synchronisierung über den betreffenden Synchronisierring ein Synchronmoment aufgebracht, so führt dies zu einer Verdrehung der genannten Antriebswellen im Antriebsstrang, und damit zu einer Energiespeicherung. Diese durch die Drehelastizität der Antriebswellen gespeicherte Energie kann sich nun wieder entladen, wenn vorübergehend das Synchronmoment zu Null wird, wie in dem bereits geschilderten Zustand der Verzahnungen. Auch dann kann es zu einem Lösen des Reibschlusses zwischen Syn­ chronisierring und Kupplungskörper kommen, mit der Folge, daß die durch die Lücken zwischen den Zähnen des Synchronisierringes hindurchtretenden Zähne der Schaltmuffe wiederum auf sich relativ drehende Zähne des Kupplungskörpers treffen.

Auch dieses Phänomen macht sich akustisch durch ein Kratzge­ räusch bemerkbar und sensorisch durch eine pulsierende Kraft am Schalthebel. In der Fachsprache wird dieses Phänomen als "Schwingungskratzen" bezeichnet.

Aus der DE-PS 26 59 448 ist eine weitere Synchronisiereinrichtung für Schaltkupplungen, insbesondere von Schaltgetrieben für Kraftfahrzeuge bekannt. Bei dieser weiteren bekannten Syn­ chronisiereinrichtung sind bestimmte Zähne der Innenverzahnung der Schaltmuffe, die über den Umfang der Schaltmuffe verteilt angeordnet sind, axial in Richtung auf den Kupplungskörper zu verlängert. Der Synchronisierring weist nur in den Bereichen der unverlängerten Zähne der Schaltmuffe Sperrzähne auf und der Bereich der verlängerten Zähne nimmt einen kleineren Sektor ein als der Bereich, in dem der Synchronisierring frei von Sperrzähnen ist.

Auf diese Weise wird bei der bekannten Synchronisiereinrichtung eine Verkürzung des Schaltweges um das Maß der Verlängerung der Zähne der Schaltmuffe erreicht. Da jedoch auch die ver­ längerten Zähne der Schaltmuffe erst dann in formschlüssigen Eingriff mit der Außenverzahnung des Kupplungskörpers kommen können, wenn der Synchronisiervorgang abgeschlossen ist, d. h. wenn die Sperrflächen von Schaltmuffe und Synchronisierring außer Eingriff gekommen sind, kann auch bei dieser bekannten Synchronisiereinrichtung das Phänomen des "Schwingungskratzens" oder des "Kaltkratzens" auftreten, da die verlängerten und die nicht-verlängerten Zähne der Schaltmuffe starr miteinander verbunden sind.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Synchroni­ siereinrichtung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzu­ bilden, daß dieses Schwingungskratzen verhindert oder zumindest deutlich vermindert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Mittel als Fangring ausgebildet sind, der koaxial zur Schaltmuffe angeordnet und gegenüber dieser axial unbeweglich, jedoch begrenzt verdrehbar ist, wobei der Fangring eine Innenverzahnung aufweist, die auf dem selben Umfang wie die Innenverzahnung der Schaltmuffe und die Außenverzahnung des Kupplungskörpers sowie in Schaltrichtung vor der Innenverzahnung der Schaltmuffe angeordnet ist, und daß die Innenverzahnung des Fangringes vordere sowie hintere Sperrflächen aufweist, die mit den Sperrflächen der Außenverzahnung des Kupplungskörpers bzw. der Innenverzahnung der Schaltmuffe zusammenarbeiten, derart, daß der Fangring eine Verdrehung des Kupplungskörpers relativ zur Schaltmuffe durch Anlage der Sperrflächen von Kupplungskörper und Fangring verhindert, wenn die Schaltmuffe mit ihren Sperr­ flächen die Sperrflächen des Synchronisierringes passiert hat.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auf diese Weise vollkommen gelöst.

Der Fangring kann nämlich so dimensioniert werden, daß er im kritischen Übergangsbereich, wenn die Sperrflächen der Schaltmuf­ fe bereits die Sperrflächen des Synchronisierringes passiert haben, die Schaltzähne der Schaltmuffe jedoch noch nicht in die Zähne des Kupplungskörpers eingetreten sind, der Zwischenraum zwischen Schaltmuffe und Kupplungskörper überbrückt. Bei geeigneter Auslegung kann man daher erreichen, daß ein lücken­ loser Übergang entsteht, bei dem die drehstarre Verbindung zwischen Schaltmuffe und Kupplungskörper zunächst durch den Reibschluß zwischen Synchronisierring und Kupplungskörper und dann lückenlos vom Formschluß zwischen Fangring und Kupplungs­ körper übernommen wird, ehe dann die Endstellung mit Formschluß zwischen Schaltmuffe und Kupplungskörper erreicht wird.

Die Erfindung hat weiterhin den Vorteil, daß nur geringfügige bauliche Veränderungen an bekannten Synchronisiereinrichtungen erforderlich sind, weil lediglich die Verzahnung etwas anders dimensioniert werden muß und als zusätzliches Element der Fangring vorzusehen ist. In seiner Konstruktion und Anlage entspricht der Fangring jedoch weitgehend dem Synchronisierring, der ebenfalls koaxial zur Schaltmuffe angeordnet und begrenzt gegenüber dieser verdrehbar ist.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung haben die Zähne der Innenverzahnung des Fangringes die selbe Breite wie die Zähne der Innenverzahnung der Schaltmuffe.

Besonders bevorzugt ist dabei, wenn der Fangring in beiden Umfangsrichtungen um je eine halbe Breite seiner Zähne verdrehbar ist.

Diese Maßnahmen haben den Vorteil, daß der bereits erwähnte lückenlose Übergang bei der drehstarren Verbindung zwischen Schaltmuffe und Kupplungskörper erreicht werden kann. Außerdem tragen die Zähne des Fangringes zur Drehmomentübertragung bei eingelegtem Gang auf diese Weise bei.

Es ist weiterhin bevorzugt, wenn die Zähne von Schaltmuffe und Fangring in einer Radialebene aneinandergrenzen.

Auch diese Maßnahme hat den Vorteil, daß ein lückenloser Übergang entsteht und daß ferner die Baugröße der Synchronisiereinrichtung so gering wie möglich ist.

Besonders bevorzugt ist dabei, wenn die Zähne in der Radialebene mit radialen Stirnflächen versehen sind.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß die Mitnahme des Fangringes durch die Schaltmuffe vereinfacht wird und man kann ferner ein besseres Abgleiten der Zähne des Fangringes auf den Zähnen der Schaltmuffe in Umfangsrichtung erreichen.

Schließlich ist eine Ausführungsform der Erfindung bevorzugt, bei der auf beiden axialen Seiten der Schaltmuffe je ein Fangring angeordnet ist, wobei die Fangringe einen radialen Fortsatz aufweisen und die Fortsätze ein Angriffspunkt einer Schaltgabel sind.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß eine besonders kompakte Anordnung entsteht, bei der die Schaltgabel zugleich die beiden Fangringe axial fixiert und die Schaltmuffe überdies durch die sie umgreifenden Fangringe geschützt ist.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nach­ stehend noch zu erläuternden Merkmalen nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine graphische Darstellung des Schaltweges s, des Verdrehwinkels R des Antriebsstranges, der Antriebs­ drehzahl n_an sowie der auf die Antriebsdrehzahl n_an bezogenen Abtriebsdrehzahl n*_ab, jeweils für ein Stufengetriebe eines Personenkraftwagens;

Fig. 2 eine Darstellung, im Axialschnitt, durch ein Aus­ führungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Synchroni­ siereinrichtung;

Fig. 3 bis 8 sechs Phasenbilder zur Erläuterung der Funktion einer erfindungsgemäßen Synchronisiereinrichtung.

In Fig. 1 ist anhand eines Diagrammes mit vier verschiedenen Verläufen ein Schaltvorgang für ein Stufengetriebe eines Personenkraftwagens dargestellt, bei dem sogenanntes "Schwin­ gungskratzen" auftritt.

Bei jedem Synchronisiervorgang in einem Stufengetriebe eines Kraftfahrzeuges muß ein Synchronmoment aufgebracht werden, um die zunächst mit unterschiedlicher Drehzahl umlaufenden Bauteile (Gangschaltrad, Kupplungskörper, Synchronisierring, Schaltmuffe, Schiebemuffe) auf die selbe Drehzahl, d. h. in einen Synchronzu­ stand zu bringen.

Da man für die sehr kurze Dauer eines derartigen Schaltvorganges die Abtriebsdrehzahl, entsprechend der Geschwindigkeit des Fahrzeuges, als konstant annehmen kann, dient die Synchronisie­ rung jeweils zum Vermindern bzw. Erhöhen der Drehzahl des Antriebes (Motors), je nachdem, ob hochgeschaltet oder rückge­ schaltet werden soll.

Das Synchronmoment stützt sich dabei - in Kraftflußrichtung gesehen - über den nach dem Getriebe liegenden Antriebsstrang ab. Da der Antriebsstrang aus drehelastischen Elementen, insbesondere langgestreckten Wellen, besteht, wird der Antriebs­ strang durch das Einleiten des Synchronmomentes verdreht. Das Ausmaß der Verdrehung ist dabei selbstverständlich vom Betrag des aufgebrachten Synchronmomentes abhängig. Je größer das Synchronmoment nämlich ist, desto größer ist auch die Torsion bzw. der Aufziehwinkel am Abtrieb.

In Fig. 1 ist nun mit s der Schaltweg bezeichnet, während R den Verdrehwinkel des Antriebsstranges angibt, der z. B. durch Integration der Drehzahl des Antriebsstranges gewonnen werden kann.

Mit n_an ist in Fig. 1 die Antriebsdrehzahl, d. h. die Eingangs­ drehzahl an der Synchronisiereinheit. n_an ist in Fig. 1 die Antriebsdrehzahl, d. h. die Eingangsdrehzahl an der Synchronisier­ einheit. n*_ab bezeichnet demgegenüber die auf die Antriebsdrehzahl n_an normierte Abtriebsdrehzahl, d. h. die Drehzahl am Ausgang der Synchronisiereinheit.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Hochschaltvorgang wird die Synchronisierung zum Zeitpunkt t₁ eingeleitet. Ab dem Zeitpunkt t₁ fällt die Antriebsdrehzahl n_an ab, da bei einem Hochschaltvor­ gang die Antriebsdrehzahl m_an vermindert werden muß. Die normierte Abtriebsdrehzahl n*_ab vollführt hingegen eine Schwingung, weil der nach dem Getriebe liegende Antriebsstrang infolge der bei t₁ geöffneten Trennkupplung zu schwingen beginnt, da der Antriebsstrang bis zum Öffnen der Trennkupplung durch das Antriebsmoment drehelastisch verspannt war und sich die infolge der Verdrehung gespeicherte Energie bei jetzt geöffneter Trennkupplung in Form einer Drehschwingung bemerkbar macht.

Bei fortschreitender Synchronisierung, die sich durch eine Erhöhung des Schaltweges bemerkbar macht, fällt nun die Antriebs­ drehzahl n_an weiter ab, während die Verspannung des Antriebs­ stranges mit zunehmendem Synchronmoment ebenfalls zunimmt, wie in Fig. 1 durch einen Anstieg des Verdrehwinkels R deutlich erkennbar ist. Die Torsion des Antriebsstranges ist dabei der bereits erwähnten Schwingung überlagert.

Beim zweiten negativen Nulldurchgang der normierten Abtriebs­ drehzahl n*_ab, d. h. zu dem in Fig. 1 eingezeichneten Zeitpunkt t₂ hat der Verdrehwinkel R sein Maximum erreicht. Die Antriebs­ drehzahl n_an hat sich im Zeitpunkt t₂ der normierten Abtriebs­ drehzahl n*_ab angenähert. Die dabei eingenommene absolute Drehzahl muß nicht unbedingt gleich der angestrebten Synchrondrehzahl sein. Infolge der Verspannung des Antriebsstranges um den Winkel R verschiebt sich nämlich die tatsächlich eingenommene Drehzahl gegenüber der gewünschten Synchrondrehzahl, da bekanntlich der Verdrehwinkel R das zeitliche Integral der Drehzahl ist bzw. die Drehzahl der ersten zeitlichen Ableitung des Drehwinkels R entspricht.

Durch die Verzögerung des Abtriebs erfolgt nun über den Reib­ schluß der Synchronisierung und die Momentenübertragung über die Sperrflächen auf die trägen Massen des Radsatzes eine gleichzeitige weitere Verzögerung der Antriebswelle, wie sich auch dem übereinstimmenden Verlauf von n_an und n*_ab ab dem Zeitpunkt t₂ bis zu einem Zeitpunkt t₃ in Fig. 1 zeigt. In diesem Zeitinter­ vall zwischen t₂ und t₃ haben An- und Abtriebswelle somit die selbe Drehzahl.

Gleichwohl kann in diesem Zeitintervall noch nicht durchgeschal­ tet werden, da ein starkes Synchronmoment aufgebracht wird, das mit umgekehrtem Vorzeichen einem entsprechend hohen Torsions­ moment entspricht. Dies folgt aus Fig. 1 dadurch, daß zum Zeitpunkt t₃ der Verdrehwinkel R immer noch in der Nähe des Maximums liegt.

Aufgrund dieser Gegebenheiten unterscheidet die Antriebswellen­ drehzahl n_an die zu synchronisierende Drehzahl über einen längeren Zeitraum, wie deutlich aus Fig. 1 zu erkennen ist. Der nach dem Getriebe liegende Antriebsstrang erfährt infolge der fortbestehenden, überlagerten Schwingung nur eine geringere Verzögerung. Dies erkennt man in Fig. 1 ab dem Zeitpunkt t₃ dadurch, daß sich die gestrichelte Kurve für die normierte Abtriebsdrehzahl n*_ab von der durchgezogen eingezeichneten Kurve für die Antriebswellendrehzahl n_an löst und oberhalb dieser verläuft.

Auf diese Weise wird die Abtriebswelle mit einem Mal schneller, weil n*_ab größer wird als n_an. Infolgedessen werden die Sperrflächen zwischen Schaltmuffe und Synchronisierring entlastet, das Drehmoment an der Synchronisierstelle wird zu Null, der Ver­ drehwinkel R fällt schlagartig ab und ein Durchschalten ist möglich.

Da die Antriebswellenzahl n_an jedoch immer noch deutlich unter der zu synchronisierenden Drehzahl liegt und die Schaltmuffe in den Kupplungskörper geschaltet wird, synchronisieren sich Schaltmuffe und Kupplungskörper unmittelbar aneinander über die Kupplungskörperverzahnung, was sich durch eine deutliche Schwingung ab dem Zeitpunkt t₄ in Fig. 1 bemerkbar macht. Erst zum Zeitpunkt t₅ ist die Nachsynchronisierung über die Ver­ zahnungen von Schaltmuffe und Kupplungskörper abgeschlossen. Die zwischen den Zeitpunkten t₄ und t₅ in Fig. 1 bei allen vier Verläufen deutlich zu erkennenden hochfrequenten Schwingungen werden als "Schwingungskratzen" bezeichnet, weil sich dieses Phänomen als Kratzgeräusch bemerkbar macht, ebenso wie als pulsierende Kraft am Schalthebel (vgl. Diagramm s).

Das nachstehend geschilderte Ausführungsbeispiel der Erfindung hat den Zweck, das "Schwingungskratzen" zu vermeiden oder zumindest drastisch zu vermindern.

Fig. 2 zeigt im Axialschnitt eine Synchronisiereinrichtung 10. Ein Schaltrad 11 weist eine Außenverzahnung 12 auf. Das Schaltrad 11 ist drehstarr mit einem Kupplungskörper 13 verbunden, der eine Außenverzahnung 14 aufweist. Der Kupplungskörper 13 hat einen Grundkörper 15, in dem eine Ausnehmung 16 vorgesehen ist. Das Schaltrad 11 ist mittels eines Lagers 17 auf einer Getriebe­ welle 18 drehbar gelagert.

Ein Doppelkonus-Reibring 20 erstreckt sich teilweise in die Ausnehmung 16 im Grundkörper 15 des Kupplungskörpers 13. Im inneren Bereich befindet sich der Doppelkonus-Reibring mit seinen Reibbelägen zwischen einer ersten Konusfläche 21 des Kupplungs­ körpers 13 und einer zweiten Konusfläche 22 eines Synchronisier­ rings 25.

Der Synchronisierring 25 weist eine Sperrverzahnung 26 auf.

Eine Schaltmuffe 30 ist axial verschiebbar angeordnet und mit einer Innenverzahnung 31 versehen. Die Schaltmuffe 30 ist axial verschiebbar, aber drehstarr mit einer Muffe 35 verbunden, die ihrerseits drehstarr mit der Getriebewelle 18 verbunden ist.

Insoweit entspricht die Synchronisiereinrichtung 10 herkömmlichen Anordnungen.

Das Besondere an der Synchronisiereinrichtung 10 der vorliegenden Erfindung sind nun zwei Fangringe 40, die auf beiden axialen Seiten der Schaltmuffe 30 angeordnet sind. Die Fangringe 40 sind koaxial zur Schaltmuffe 30 angeordnet und axial unverschieb­ bar in dieser gehalten. Sie sind jedoch begrenzt in Umfangs­ richtung relativ zur Schaltmuffe 30 verdrehbar.

Beim dargestellten Ausführungsbeispiel der Fig. 2 weisen die Fangringe 40 jeweils einen mittleren radialen Vorsprung 42 auf. Eine Schaltgabel 43 umfaßt die beiden radialen Vorsprünge 42 und fixiert diese somit auf der Schaltmuffe 30.

Die Außenverzahnung 14 des Kupplungskörpers 13, die Sperrver­ zahnung 26 des Synchronisierrings 25, die Innenverzahnung 31 der Schaltmuffe 30 sowie eine noch zu erläuternde Innenverzahnung der Fangringe 40 befinden sich auf einem gemeinsamen Umfang, der in Fig. 2 mit R angedeutet ist.

In den Fig. 3 bis 8 sind sechs Phasenbilder der am Synchronisier­ vorgang beteiligten Verzahnungen in einer Abwicklungsdarstellung gezeigt.

Fig. 3 zeigt links äußerst schematisiert den Kupplungskörper 13, dessen Außenverzahnung 14 aus Zähnen 50 besteht. In der Anordnung der Fig. 3 haben die Zähne 50 am rechten Ende Sperr­ flächen 51, die in eine Spitze auslaufen.

Weiterhin zeigt Fig. 3 in der rechten Hälfte äußerst schemati­ siert die Schaltmuffe 30, deren Innenverzahnung 31 aus Zähnen 60 besteht. Die Zähne 60 sind in der Mitte etwas verjüngt, d. h. hinterschnitten und haben vorne Sperrflächen 61, die eine radiale Stirnfläche 62 seitlich begrenzen.

Der ebenfalls äußerst schematisch angedeutete Synchronisierring 25 weist eine Außenverzahnung mit Zähnen 70 auf, die ebenfalls über Sperrflächen 71 verfügen.

Der Fangring 80 hat ebenfalls eine Innenverzahnung mit Zähnen 80, die sowohl vordere Sperrflächen 81 (jeweils in Schaltrichtung gesehen) wie auch hintere Sperrflächen 82 aufweisen. Die hinteren Sperrflächen 82 laufen in einer radialen Stirnfläche 83 zusammen, die der Stirnfläche 62 der Zähne 60 der Schaltmuffe 30 gegenüber­ steht. Am vorderen Ende laufen die vorderen Sperrflächen 81 in einer Spitze 84 aus. In Umfangsrichtung sind die Zähne 80 mit axial verlaufenden Führungsflächen 85 versehen.

Schließlich ist in Fig. 3 noch äußerst schematisch die Muffe 35 mit axialen Zähnen 90 angedeutet, die axiale Führungsflächen 91 für die Zähne 60 der Schaltmuffe 30 aufweisen.

Fig. 3 zeigt eine Ausgangssituation, in der sich der betreffende Gang der Synchronisiereinrichtung im Leerlauf befindet. Die Zähne 80 des Fangringes 40 nehmen dabei eine Mittelstellung ein, in der sie axial mit den Zähnen 60 der Schaltmuffe 30 fluchten.

Die Anordnung ist hier so getroffen, daß die Zähne 80 die selbe Breite wie die Zähne 60 haben und die Umfangs-Verschiebbarkeit ist auf eine halbe Zahnbreite beschränkt.

Es sei ferner angenommen, daß bei dem in Fig. 3 dargestellten Leerlauf der Kupplungskörper 13 sich in Richtung des im Zahn 50 eingezeichneten Pfeiles relativ zu Schaltmuffe 30, Muffe 35, Synchronisierring 25 und Fangring 40 dreht.

Es sei nun der Fall betrachtet, daß der zu der Synchronisier­ einrichtung gehörige Gang eingelegt werden soll.

Hierzu wird in herkömmlicher Weise die Schaltmuffe in der figürlichen Darstellung nach links verschoben, wie in Fig. 4 dargestellt. Die Sperrflächen 61 an den Zähnen 60 der Schaltmuffe gelangen nun in Anlage an die Sperrflächen 71 an den Zähnen 70 des Synchronisierringes 25. Hierdurch wird der Fangring 40 nach oben verschoben, wie in Fig. 4 mit einem Pfeil angedeutet. Die radialen Stirnflächen 62, 83 laufen dabei aufeinander ab, ebenso wie die Sperrflächen 71 und 81.

Bei weiter fortschreitendem Schaltweg wird nun, wie in Fig. 5 gezeigt, der Synchronisierring 25 ein wenig relativ zur Schalt­ muffe 30 verdreht. Bei dem hier unterstellten Betriebsfall verdreht sich der Synchronisierring 25 nach unten, wie mit einem Pfeil angedeutet. Dadurch kann sich auch der Fangring 40 wieder in seine Ausgangslage zurückdrehen, ggf. unter der Wirkung einer entsprechenden Rückholfeder.

Die Position der Fig. 5 wird nun so lange eingenommen, wie ein Synchronisiermoment eingeleitet werden muß, um den relativ zur Schaltmuffe 30 rotierenden Kupplungskörper 13 so weit abzubrem­ sen, daß ein Synchronlauf erreicht wird.

Dieser Moment ist in Fig. 6 gezeigt. Man erkennt in Fig. 6, daß die Sperrflächen 61, 71 der Zähne 60 der Schaltmuffe 30 bzw. der Zähne 70 des Synchronisierrings 25 gerade aneinander abgelaufen sind. Die Zähne 60 der Schaltmuffe sind daher jetzt nicht mehr in der Lage, ein Synchronisiermoment aufzubringen, weil die Zähne 60, 70 jetzt nur noch entlang von im wesentlichen axial verlaufenden Führungsflächen aneinander anliegen.

Allerdings sind in diesem Augenblick bereits die Zähne 80 des Fangrings 40 mit ihren vorderen Sperrflächen 81 in Anlage an die Sperrflächen 51 der Zähne 50 des Kupplungskörpers 13 gelangt.

Die Zähne 80 überbrücken somit den axialen Abstand zwischen den Zähnen 60 der Schaltmuffe und den Zähnen 50 des Kupplungs­ körpers 13.

Wenn eine Schaltung ohne besondere Effekte vorliegt, ist diese Überbrückung wirkungslos, weil keine Relativdrehung zwischen Kupplungskörper 13 und Schaltmuffe 30 auftritt.

Wenn es jedoch zum sogenannten "Kaltkratzen" oder "Schwingungs­ kratzen" kommt, bei dem die Zähne 50 sich entgegen der ursprüng­ lichen Drehrichtung drehen würden, wie mit einem gestrichelten Pfeil in Fig. 6 eingezeichnet, so würden die Zähne 80 des Fangrings 40 eine solche Relativdrehung blockieren. Dies liegt daran, daß der Fangring 40 in seiner unteren Verdrehstellung angekommen ist und in dieser drehstarr an der Schaltmuffe 30 hängt. Andererseits können sich die Zähne 50 des Kupplungskörpers 13 wegen der Anlage der Sperrflächen 51, 81 nicht nach unten drehen.

Es ist daher möglich, daß unter Aufrechterhaltung dieser formschlüssigen drehstarren Verbindung zwischen Schaltmuffe 30 und Kupplungskörper 13 der Schaltvorgang fortgesetzt wird, indem die Zähne 70 des Synchronisierringes 25 an den Zähnen 60 der Schaltmuffe 30 axial entlang laufen.

Fig. 8 zeigt den Endzustand, in dem die Zähne 60 der Schaltmuffe 30 mit den vorauseilenden Zähnen 80 des Fangringes 40 in die Lücken zwischen den Zähnen 50 des Kupplungskörpers 13 eingetreten sind.

Mit der vorliegenden Erfindung wird daher die herkömmliche Schaltmuffe durch ein System aus Schaltmuffe und Fangring ersetzt. Die Anordnung des Fangrings auf der Schaltmuffe können in unterschiedlicher Weise ausgeführt werden, beispielsweise gemäß dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2. Es ist jedoch auch möglich, den Fangring auf einem umlaufenden Absatz der Schaltmuf­ fe zu zentrieren und diesen Absatz beispielsweise mit drei über den Umfang verteilten Ausnehmungen zu versehen. In diese Ausnehmungen können Stege des Fangringes eingreifen, wobei die Differenz der Breite der Ausnehmung und der Stegbreite das Verdrehspiel zwischen Fangring und Schaltmuffe definiert. Bei symmetrischer Lage von Ausnehmung und Steg sind die Verzahnungen von Schaltmuffe und Fangring deckungsgleich.

Ferner ist möglich, die Verzahnung am Fangring und am Kupplungs­ körper asymmetrisch anzuspitzen, um die beschriebene Wirkung so zu verstärken, daß sich der Fangring im Endsperrpunkt gemäß Fig. 6 bereits im Bereich der Hinterschneidung des Kupplungs­ körpers befindet.

Claims (6)

1. Synchronisiereinrichtung für Stufengetriebe von Kraftfahr­ zeugen, mit einem lose auf einer Getriebewelle (18) gelagerten Schaltrad (11), mit einem drehstarr mit dem Schaltrad (11) verbundenen Kupplungskörper (13), der eine Außenverzahnung (14) sowie eine zur Getriebewelle (18) koaxiale, erste Konusfläche (21) aufweist, mit einer Schaltmuffe (30), die drehstarr, aber axial verschiebbar auf der Getriebewelle (18) angeordnet ist und eine zur Außenverzahnung (14) des Kupplungskörpers (13) komplementäre Innenverzahnung (31), sowie eine erste Sperrverzahnung (60, 61) aufweist, mit einem Synchronisierring (25)′ der eine zur ersten Konusfläche (21) komplementäre zweite Konusfläche (22) sowie eine zur ersten Sperrverzahnung (60, 61) der Schaltmuffe (30) komplementäre zweite Sperrver­ zahnung (70) aufweist, wobei der Synchronisierring (25) relativ zur Schaltmuffe (30) zwischen Endlagen begrenzt drehbar ist und die Sperrverzahnungen (60, 61, 70) mit aneinanderliegenden Sperrflächen (60, 71) in den Endlagen ein in Eingriffkommen mit der Außenverzahnung (14) des Kupplungskörpers (13) mit der Innenverzahnung (31) der Schaltmuffe (30) verhindern und erst bei Erreichen der Synchrondrehzahl und reibschlüssiger Verbindung zwischen Synchronisierring (25) und Kupplungskörper (13) unter Verdrehen des Synchronisierringes (25) relativ zur Schalt­ muffe (30) zulassen und mit Mitteln, die eine relative Verdrehung von Kupplungskörper (13) und Schaltmuffe (30) behindern, wenn bei Synchrondrehzahl und außer Eingriff befindlichen Sperrflächen (61, 71) die reibschlüssige Verbindung durch Einleiten eines Momentes auf den Kupplungs­ körper (13) gelöst wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel als Fangring (40) ausgebildet sind, der koaxial zur Schaltmuffe (30) angeordnet und gegenüber dieser axial unbeweglich, jedoch begrenzt verdrehbar ist, wobei der Fangring (40) eine Innenverzahnung (80) aufweist, die auf dem selben Umfang (R) wie die Innenverzahnung (31) der Schaltmuffe (30) und die Außenverzahnung (14) des Kupplungs­ körpers (13) sowie in Schaltrichtung vor der Innenverzahnung (31) der Schaltmuffe (30) angeordnet ist, und daß die Innenverzahnung (80) des Fangrings (40) vordere (81) sowie hintere (80) Sperrflächen aufweist, die mit den Sperrflächen (51, 61) der Außenverzahnung (14) des Kupplungskörpers (13) bzw. der Innenverzahnung (31) der Schaltmuffe (30) zusammenarbeiten, derart, daß der Fangring (40) eine Verdrehung des Kupplungskörpers (13) relativ zur Schaltmuffe (30) durch Anlage der Sperrflächen (51, 81) von Kupplungs­ körper (13) und Fangring (40) verhindert, wenn die Schalt­ muffe (30) mit ihren Sperrflächen (61) die Sperrflächen (71) des Synchronisierringes (25) passiert hat.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne (80) der Innenverzahnung des Fangringes (40) die selbe Breite wie die Zähne (60) der Innenverzahnung (31) der Schaltmuffe (30) haben.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Fangring (40) in beiden Umfangsrichtungen um je eine halbe Breite seiner Zähne (80) verdrehbar ist.

4. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne (60, 80) von Schaltmuffe (30) und Fangring (40) in einer Radialebene aneinanderstoßen.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne (60, 80) in der Radialebene mit radialen Stirn­ flächen (62, 83) versehen sind.

6. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf beiden axialen Seiten der Schaltmuffe (30) je ein Fangring (40) angeordnet ist, daß die Fangringe (40) einen radialen Fortsatz (42) aufweisen und daß die Fortsätze (42) ein Angriffspunkt einer Schaltgabel (43) sind.