DE10103423A1

DE10103423A1 - Synchronisiereinrichtung mit asymmetrischer Verzahnung

Info

Publication number: DE10103423A1
Application number: DE10103423A
Authority: DE
Inventors: Jens Patzner; Wolfgang Bernau; Dirk Blechschmidt; Kurt Bathe
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2001-01-26
Filing date: 2001-01-26
Publication date: 2002-08-01
Also published as: US20020100655A1; JP2002257156A

Abstract

Die Synchronisiereinrichtung für Schaltkupplung von Schaltgetrieben in Kraftfahrzeugen weist eine Schiebemuffe mit Einspurverzahnung und einen Kupplungskörper mit Einspurverzahnung auf, wobei die Halbwinkel a¶1¶, a¶2¶; b¶1¶, b¶2¶ der Firstkanten 5, 5'; 6, 6' und die Firstkanten der Einspurverzahnungen der Schiebemuffe und des Kupplungskörpers asymmetrisch bezüglich der jeweiligen Zahnmittenachsen 3, 3'; 4, 4' angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Synchronisiereinrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Synchronisiereinrichtungen für Schaltgetriebe von Kraftfahrzeugen weisen eine durch axiales Verschieben mit einer Welle drehstarr verbindbare und mit einer Innenver zahnung versehenen Schiebemuffe auf, einen mit einer Außen verzahnung versehenen Kupplungskörper sowie einen Synchron ring, der in Umfangsrichtung mit der Schiebemuffe über eine Außenverzahnung in formschlüssiger und mit dem Kupplungs körper in reibschlüssiger Verbindung steht. Die Verzahnung des Synchronringes weist unter einem Winkel zueinander an geordnete Sperrflächen auf zum Eingriff in entsprechende Sperrflächen der Verzahnung der Schiebemuffe.

Derartige Synchronisierungseinrichtungen sind vielfäl tig bekannt und z. B. in der DE-PS 26 59 448 beschrieben. Wird ein Gang durch Verschieben der Schiebemuffe in axialer Richtung von der Neutralstellung aus eingelegt, so nimmt sie den Synchronring mit und drückt ihn dabei gegen einen Gegenkonus des Kupplungskörpers. Eine reibschlüssige Ver bindung zwischen Synchronring und Kupplungskörper wird da bei hergestellt, wodurch eine Drehzahlangleichung zwischen der Welle, der Schiebemuffe und dem Synchronring sowie dem Kupplungskörper und dem zugehörigen Zahnrad des einzuschal tenden Räderpaares erreicht wird. Am Synchronring vorgese hene Sperrflächen werden dabei in eine Stellung gebracht, in der sie mit zugehörigen und angepaßten Sperrflächen an der Schiebemuffe in Eingriff gelangen und dadurch ein axia les Verschieben der Schiebemuffe in Richtung auf den Kupplungskörper verhindern. Die Sperrflächen sind üblicherweise an einer Außenverzahnung des Synchronringes angebracht, die der Außenverzahnung des Kupplungskörpers angepaßt ist; die Gegenflächen sind dabei an den Enden der Zähne angebracht, welche die Innenverzahnung der Schiebemuffe bilden. Erst bei Erreichen der Synchrondrehzahl läßt sich die Schiebe muffe an den Sperrflächen des Synchronringes vorbei in die Außenverzahnung des Kupplungskörpers einschieben.

Beim Hochschalten des Getriebes, d. h. beim Einlegen eines höheren Ganges, läuft das zur Schiebemuffe gleichach sige Zahnrad, zu dem beim Hochschalten die Verbindung her gestellt wird, zunächst schneller als die Schiebemuffe, so dass es üblicherweise zum Erreichen eines Gleichlaufes über den Synchronring abgebremst werden muß. Treten jedoch star ke Bremskräfte auf das Getriebe auf, beispielsweise infolge der bei kaltem Getriebe höheren Viskosität des Getriebe öles, so wird der Radsatz nach dem Ausrücken des niedrige ren Ganges durch die Bremskräfte verzögert, wodurch die Getriebedrehzahl während des Einrückens des höheren Ganges soweit abfallen kann, dass Gleichlauf zwischen der Schiebe muffe und dem Kupplungskörper entsteht und die Schiebemuffe an den Sperrflächen des Synchronringes vorbei gleitet, ohne dass zwischen dem Synchronring und dem Kupplungskörper eine reibschlüssige Verbindung hergestellt wird. Durch diesen Bremseffekt und weiterer Verminderung der Drehzahl des zur Schiebemuffe gleichachsigen Zahnrades kann es zu einem so genannten Kaltkratzen kommen, welches als unangenehm emp funden wird.

Zur Verhinderung dieses unangenehmen Geräusches wird in der DE-PS 34 44 670 eine Synchronisiereinrichtung für die Schaltkupplungen von Schaltgetrieben für Kraftfahrzeuge beschrieben mit mindestens einem Räderpaar, dessen mit ei ner Schiebemuffe gleichachsiges Zahnrad einen Kupplungskör per mit Außenverzahnung aufweist und durch axiales Ver schieben der mit einer Welle über einen Synchronkörper drehfest verbundenen, eine Innenverzahnung aufweisenden Schiebemuffe in den Kraftfluß ein- und ausschaltbar ist, sowie mit einem Synchronring, der in Umfangsrichtung mit der Schiebemuffe in formschlüssiger und mit dem Kupplungs körper in reibschlüssiger Verbindung steht und der Sperr flächen für die Schiebemuffe aufweist, die bei jeder Rela tivdrehung zwischen Kupplungskörper und Schiebemuffe in dem durch die formschlüssige Verbindung zwischen Synchronring und Schiebemuffe definierten Endlagen einen Eingriff der Innenverzahnung der Schiebemuffe in die Außenverzahnung des Kupplungskörpers verhindern und erst bei Erreichen der Syn chrondrehzahl unter Verdrehen von Synchronring und Kupp lungskörper zulassen. Die in Laufrichtung vorderen Sperr flächen an der Schiebemuffe weisen dabei eine größere axia le Ausdehnung auf als die in Laufrichtung hinteren Sperr flächen. Die Außenverzahnung des Kupplungskörpers sowie die Sperrflächen der Schiebemuffe sind zwar asymmetrisch ausge staltet, jedoch dergestalt, dass sie zwar die gleiche Nei gung gegenüber der Achsrichtung aufweisen, jedoch in bezug auf die Längsmitte eines jeden Zahnes derart versetzt sind, dass die beiden zu einem Zahn gehörenden Laufflächen unter schiedliche axiale Ausdehnungen und damit unterschiedlich große Flächen aufweisen, wobei die in Laufrichtung vorderen Sperrflächen an der Schiebemuffe die größere axiale Ausdeh nung besitzen, verglichen mit der in Laufrichtung hinteren Sperrfläche.

Durch Einsatz einer definierten Asymmetrie im First der Sperrverzahnung der Schiebemuffe wird der Effekt ge zielt verstärkt, dass bei einer Hochschaltung nach Ende des Synchronvorganges der Synchronring in die Rückschaltsperr stellung einläuft, bevor die Schiebemuffe mit ihrer Rück schaltsperrkante in axialer Richtung an der Rückschalt sperrkante des Synchronringes vorbeigelaufen ist. Die Rück schaltsperrstellung ist die Stellung am entgegengesetzten Verdrehanschlag, während die Rückschaltsperrfläche die Län ge der beiden Sperrflächen an der Schiebemuffe ist. Nach Entsperren aus dieser Rückschaltsperrstellung kann dann ohne Einspurkratzen der Schaltvorgang beendet werden. Durch die oben beschriebene Asymmetrie erfolgt aber in der Entsperrphase nach einer Hochschaltung beim Einlaufen des Synchronringes in die Rückschaltsperrstellung ein Kraftim puls auf die Schiebemuffe, der am Schalthebel deutlich als Schlag zu spüren ist.

Um den Kraftimpuls auf die Schiebemuffe zu vermeiden, und so den auf den Schalthebel einwirkenden Schlag zu ver hindern, ist in der DE-A 100 22 509 der Anmelderin eine Synchronisiereinrichtung für Schaltkupplungen von Schaltge trieben für Kraftfahrzeugen beschrieben, mit mindestens einem Räderpaar dessen mit einer Schiebemuffe gleichachsi ges Zahnrad einen Kupplungskörper mit Außenverzahnung auf weist, und das durch axiales Verschieben der mit einer Wel le über einen Synchronkörper drehstarr verbundenen, eine Innenverzahnung aufweisende Schiebemuffe in den Kraftfluß ein- bzw. aus ihm ausschaltbar ist. Die in Laufrichtung vorderen Sperrflächen an der Verzahnung der Schiebemuffe weisen eine kleinere axiale Ausdehnung auf, als die in Laufrichtung hinteren Sperrflächen. Eine Asymmetrie im First der Sperrverzahnung der Schiebemuffe ermöglicht, dass der Effekt des Einlaufens in die Rückschaltsperrstellung verhindert wird, so dass der Kraftstoß am Schalthebel un terbleibt.

Um bei einem synchronisierten Zahnräderwechselgetriebe das Auftreten von Hochschaltkratzen zu vermeiden, ohne die Übertragungsfähigkeit der Synchronisiereinrichtung zu be einträchtigen, ist aus der DE-C 196 46 850 eine Synchroni siereinrichtung eines Zahnräderwechselgetriebes bekannt, das eine Schaltschiebemuffe mit einer axialen Kupplungsver zahnung aufweist, welche eine Gruppe von Kupplungszähnen mit ausschließlich als Sperrflächen verwendete Schrägflä chen und eine Gruppe von Kupplungszähnen mit ausschließlich zum Einspuren in eine korrespondierende axiale Kupplungs verzahnung des Zahnrades verwendete Schrägflachen aufweist. Die Sperrverzahnung ist in Umfangsrichtung zur. Zentralachse durch eine verzahnungsfreie Aussparung unterbrochen, welche zu der zweiten Gruppe von Kupplungszähnen mit ausschließ lich zum Einspuren verwendeten Schrägflächen im Bezug auf die Richtungen der Zentralachse gegenüberliegend angeordnet sind, während die ausschließlich als Sperrflächen verwende ten Schrägflächen der ersten Gruppe von Kupplungszähnen jeweils ausschließlich mit einer mit dem dem Zahnrad abge kehrten Stirnende eines Sperrzahnes der Sperrverzahnung einteilig ausgebildeten Schrägfläche in gegenseitige Anlage bringbar sind.

Bei diesen modernen Handschaltgetrieben werden also zur Verbesserung des Schaltkomforts getrennte Verzahnungen für die Funktionen Sperren und Einspuren verwendet. Die jeweiligen Halbwinkel können symmetrisch oder asymmetrisch ausgebildet sein. Eine symmetrische Ausbildung führt bei der Einspurverzahnung dazu, dass in Abhängigkeit des Auftreffens der Einspurverzahnung der Schiebemuffe auf die dem wirkenden Verlustmoment entweder abgewandte oder zugewandte Flankenseite der korrespondierenden Kupplungskörperverzah nung unterschiedliche Kräfte zur Realisierung des Einspur vorganges erforderlich sind; dieses Auftreffen auf eine der beiden Flankenseiten ist ein rein zufälliges Ereignis.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Syn chronisiereinrichtung zu schaffen, mit der dieser unter schiedliche Kraftaufwand beim Einspuren minimiert oder ver mieden wird und der Kraftaufwand auf ein in etwa gleich großes niedriges Kraftniveau verringert wird.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den im kenn zeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkma len.

Mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Einspur verzahnung der Schiebemuffe und des Kupplungskörpers wird eine Verbesserung des Schaltkomforts über eine Gesamtzahl an Schaltvorgängen ermöglicht, wobei die Häufigkeit des Auftreffens der Einspurverzahnung der Schiebemuffe auf die dem wirkenden Verlustmoment zugewandte Flankenseite der Kupplungskörperverzahnung erheblich reduziert ist, wobei gleichzeitig die axial wirkende erforderliche Schaltkraft bei einem vorhandenen entgegenwirkenden Verlustmoment deut lich niedriger ist, so dass die Unterschiede im Einspurver lauf zwischen Schaltvorgängen in Richtung der Verlustmo mentwirkung und Schaltvorgängen entgegen der Richtung der Verlustmomentwirkung geringer sind.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, in der schematisch die erfindungsgemäß ausgestalteten Einspurverzahnungen des Kupplungskörpers und der Schiebemuffe dargestellt sind.

Synchronisiereinrichtungen für die Schaltgetriebe von Kraftfahrzeugen sind dem Fachmann gut bekannt, so dass in den Zeichnungen nur die für das Verständnis der Erfindung notwendigen Bauteile dargestellt und im folgenden beschrie ben sind. Gleiche Teile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen, wobei in allen drei Figuren in Ab wicklung jeweils Schnitte durch zwei Zähne dargestellt sind.

Mit 1, 1' sind zwei Zähne der Schiebemuffe bezeichnet, und mit 2, 2' zwei Zähne des Kupplungskörpers. Gemäß Fig. 1 sind die Halbwinkel a₁, a₂; b₁, b₂ der Zähne der Einspur verzahnungen asymmetrisch zueinander und die Firstkanten 5, 5', 6, 6' der Schiebemuffe und des Kupplungskörpers eben falls asymetrisch bezüglich der jeweiligen Zahnmittenachsen 3, 3'; 4, 4' angeordnet.

Die Asymmetrie der Halbwinkel a₁, a₂; b₁, b₂ der Ein spurverzahnungen von Schiebemuffe und Kupplungskörper führt zu einem über die Anzahl der Schaltvorgänge gleichmäßigen Einspurverlauf hinsichtlich Kraftaufwand und Zeit, so dass bei Schaltvorgängen mit Einspuren entgegen der Wirkung des Verlustmomentes Mv die axial wirkende erforderliche Schalt kraft bei einem entgegenwirkenden Verlustmoment deutlich niedriger wird, und so die Unterschiede im Einspurverlauf zwischen Schaltvorgängen in Richtung der Verlustmomentwir kung und Schaltvorgängen entgegen der Richtung der Verlust momentwirkung geringer werden.

Die Asymmetrie der Anordnung der Firstkanten 5, 5'; 6, 6' bezüglich der zugehörigen Zahnmittenachsen 3, 3'; 4, 4' und relativ zueinander ist derart gewählt, dass die Ausdeh nung in Umfangsrichtung der Einspurflanken 9, 9'; 10, 10', welche entgegen der Richtung des wirkenden Verlustmomen tes Mv (Fig. 2) einspuren, kleiner ist als die Ausdehnung in Umfangsrichtung der Einspurflanken 7, 7'; 8, 8' (Fig. 3), die mit der Richtung des Verlustmomentes einspuren. Durch diese Maßnahme wird die Wahrscheinlichkeit des Auftreffens der Einspurflanken beim Einspuren entgegen der Wirkung des Verlustmomentes verringert, so dass der Einspurkomfort über eine Gesamtzahl von Schaltvorgängen erheblich verbessert wird.

Aus der Zeichnung und der vorstehenden Beschreibung geht hervor, dass der Halbwinkel a₂ (Flankenwinkel entgegen der Richtung des wirkenden Verlustmomentes Mv) kleiner ist als der Halbwinkel a₁ (Flankenwinkel in Richtung des wir kenden Verlustmomentes Mv) und dass der Halbwinkel b₂ (Flankenwinkel entgegen der Richtung des wirkenden Verlust momentes Mv) kleiner ist als der Halbwinkel b₁ (Flankenwin kel in Richtung des wirkenden Verlustmomentes Mv).

Fig. 1 zeigt schematisch die Darstellung der Einspur verzahnung von Schiebemuffe und Kupplungskörper, Fig. 2 den Einspurvorgang entgegen der Richtung der Verlustmomentwir kung und Fig. 3 den Einspurvorgang in Richtung der Ver lustmomentwirkung Mv, wobei das Verlustmoment auf das Losrad mit dem Kupplungskörper wirkt.

Der mit n_LR bezeichnete Pfeil gibt die Drehrichtung des Losrades mit dem Kupplungskörper an.

Bezugszeichen

1

Zahn

2

Zahn

3

Zahnmittenachse

4

Zahnmittenachse

5

Firstkante

6

Firstkante

7

Einspurflanke

8

Einspurflanke

9

Einspurflanke

10

Einspurflanke
a₁

, a₂

, Halbwinkel
b₁

, b₂

Halbwinkel

Claims

1. Synchronisiereinrichtung für Schaltkupplungen von Schaltgetrieben für Kraftfahrzeuge, mit wenigstens einem, mit einer Schiebemuffe gleichachsigen Zahnrad, das einen Kupplungskörper mit Außenverzahnung aufweist und durch axiales Verschieben der mit einer Welle über einen Syn chronkörper drehstarr verbundenen, eine Innenverzahnung aufweisenden Schiebemuffe in den Kraftfluss ein- bzw. aus ihm ausschaltbar ist, sowie mit einem Synchronring der in Umfangsrichtung mit der Schiebemuffe in formschlüssiger und mit dem Kupplungskörper in reibschlüssiger Verbindung steht, wobei Schiebemuffe und Kupplungskörper mit Einspur verzahnungen versehen sind, dadurch gekenn zeichnet, dass die Halbwinkel a₁, a₂, b₁, b₂ der Firstkanten 5, 5'; 6, 6' der Einspurverzahnungen der Schie bemuffe und des Kupplungskörpers asymmetrisch zueinander sind, und dass die Firstkanten 5, 5', 6, 6' der Einspur verzahnungen der Schiebemuffe und des Kupplungskörpers asymmetrisch bezüglich der jeweiligen Zahnmittenachsen 3, 3', 4, 4' angeordnet sind.

2. Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die asymmetrische An ordnung der Firstkanten 5, 5', 6, 6' bezüglich der Zahnmit tenachsen 3, 3', 4, 4' derart gewählt ist, dass die Ausdeh nung in Umfangsrichtung der Einspurflanken 9, 9', 10, 10', die entgegen der Richtung des wirkenden Verlustmomentes Mv einspuren, kleiner ist als die Ausdehnung in Umfangsrich tung der Einspurflanken 7, 7', 8, 8', die in Richtung des wirkenden Verlustmomentes Mv einspuren.

3. Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbwinkel a₂ und b₂ als Flankenwinkel entgegen der Richtung des wirken den Verlustmomentes Mv, kleiner sind als die Halbwinkel a₁ und b₁, als die Flankenwinkel in Richtung des wirkenden Ver lustmomentes Mv.