DE102004019308B4

DE102004019308B4 - Sperr-Synchronkupplung

Info

Publication number: DE102004019308B4
Application number: DE200410019308
Authority: DE
Inventors: Erol Ledetzky
Original assignee: Getrag Getriebe und Zahnradfabrik Hermann Hagenmeyer GmbH and Co
Current assignee: Hoerbiger Antriebstechnik Holding GmbH
Priority date: 2004-04-14
Filing date: 2004-04-14
Publication date: 2006-07-27
Anticipated expiration: 2024-04-15
Also published as: DE102004019308A1

Abstract

Sperr-Synchronkupplung (10) für ein Stirnradgetriebe, insbesondere ein Kraftfahrzeuggetriebe, mit
– einer Schaltmuffe (12), die an einer Welle (24) drehfest, jedoch axial verschieblich gelagert ist und eine Schaltmuffenverzahnung (14) aufweist,
– einem Kupplungskörper (16), der an einem Losrad (26) festgelegt ist, das an der Welle (24) drehbar gelagert ist, und eine Kupplungskörperverzahnung (18) aufweist, in die die Schaltmuffenverzahnung (14) geschoben werden kann, um den Kupplungskörper (16) drehfest mit der Welle (24) zu verbinden,
– einem Synchronring (20), der gegenüber der Welle (24) begrenzt verdrehbar ist und eine Synchronverzahnung (22) aufweist,
– einer Reibkupplung (28), die bei einem Schaltvorgang belastet wird, um die Drehzahlen von Kupplungskörper (16) und Welle (24) zu synchronisieren,
– wobei die Schaltmuffenverzahnung (14), im Verlauf eines Schaltvorganges nach einer Synchronisierung von Kupplungskörper- und Wellendrehzahl, die Synchronverzahnung (22) durchfährt und bis zum Herstellen des Formschlusses mit der Kupplungskörperverzahnung (18) einen Freiflugweg (60) durchfährt,...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sperr-Synchronkupplung für ein Stirnradgetriebe, insbesondere ein Kraftfahrzeuggetriebe, mit einer Schaltmuffe, die an einer Welle drehfest, jedoch axial verschieblich gelagert ist und eine Schaltmuffenverzahnung aufweist, mit einem Kupplungskörper, der an einem Losrad festgelegt ist, das an der Welle drehbar gelagert ist, und eine Kupplungskörperverzahnung aufweist, in die die Schaltmuffenverzahnung geschoben werden kann, um den Kupplungskörper drehfest mit der Welle zu verbinden, mit einem Synchronring, der gegenüber der Welle begrenzt verdrehbar ist und eine Synchronverzahnung aufweist, und mit einer Reibkupplung, die bei einem Schaltvorgang belastet wird, um die Drehzahlen von Kupplungskörper und Welle zu synchronisieren, wobei die Schaltmuffenverzahnung, im Verlauf eines Schaltvorganges nach einer Synchronisierung von Kupplungskörper- und Wellendrehzahl, die Synchronverzahnung durchfährt und bis zum Herstellen des Formschlusses mit der Kupplungskörperverzahnung einen Freiflugweg durchfährt, während dessen die Reibkupplung entlastet ist.

Derartige Sperr-Synchronkupplungen sind allgemein bekannt, beispielsweise aus der DE 37 14 190 C2 .

Bei Stirnradgetrieben erfolgen Gangwechsel durch das Öffnen bzw. Schließen derartiger Sperr-Synchronkupplungen. In Vorgelege-Kraftfahrzeuggetrieben ist für jede Gangstufe ein Radsatz vorgesehen, wobei ein mit einer ersten Welle fest verbundenes Zahnrad in ständigem Eingriff mit einem Losrad steht, das an einer zweiten Welle drehbar gelagert ist. Eine der Wellen ist eine Vorgelegewelle.

Um die Gangstufe einzulegen, wird das betreffende Losrad formschlüssig mit der Welle verbunden, an der es drehbar gelagert ist. Dies erfolgt mittels einer Sperr-Synchronkupplung.

Da die Radsätze in ständigem Eingriff stehen, muss, um Schaltschläge zu vermeiden, vor Herstellen des Formschlusses zwischen Welle und Losrad (bzw. einem daran festgelegten Kupplungskörper) eine Drehzahlangleichung (Synchronisierung) stattfinden.

Um zu verhindern, dass ein Formschluss vorzeitig, also vor erreichter oder weitgehend erreichter Synchronisierung der Drehglieder, hergestellt wird, sind die heutzutage in Kraftfahrzeuggetrieben verwendeten Synchronkupplungen generell als Sperr-Synchronkupplungen ausgebildet.

Dabei ist ein Synchronring begrenzt verdrehbar an der Welle gelagert, der bei Belasten der Reibkupplung verdreht wird und damit ein Durchschieben der Schaltmuffe durch die Synchronverzahnung hindurch verhindert. Erst wenn die Drehzahlangleichung erfolgt ist und das in der Reibkupplung anstehende Reibmoment abgefallen ist, lässt sich der Synchronring wieder zurückdrehen, um die Schaltmuffe durch die Synchronverzahnung hindurch zu schieben Ab diesem Zeitpunkt bis zum Herstellen des Formschlusses ist die Reibkupplung demzufolge entlastet, und die Drehzahlen von Kupplungskörper und Welle können sich demzufolge wieder "ent-synchronisieren".

Ferner sind die Flanken der Schaltmuffenverzahnung und der Kupplungskörperverzahnung häufig mit so genannten Hinterlegungen versehen, d.h. die Flanken sind ausgehend von der jeweiligen Anspitzung hinterschnitten. Dies soll verhindern, dass sich eine bewusst eingelegte Gangstufe versehentlich durch Vibrationen oder ähnliches löst.

Aus der DE 101 64 203 C1 ist eine Schaltkupplung für ein Stirnradgetriebe bekannt, wobei die Schaltmuffe hinterlegte Zähne aufweist, die mit der Kupplungskörperverzahnung, nicht jedoch mit der Außenverzahnung einer Führungsmuffe in Eingriff treten, an der die Schaltmuffe axial verschieblich gelagert ist. Ferner weist die Schaltmuffen verzahnung hinterlegungsfreie Zähne auf, die mit der Verzahnung der Führungsmuffe in Eingriff stehen. Die hinterlegten und die hinterlegungsfreien Zähne sind über den Umfang der Schaltmuffe verteilt angeordnet. Hierdurch sind die Gleiteigenschaften in axialer Richtung verbessert. Es ergibt sich eine deutliche Verringerung des Kippspiels. Ferner kann die Hinterlegungslänge verkürzt werden.

Beim Herstellen des Formschlusses zwischen Schaltmuffenverzahnung und Kupplungskörperverzahnung, also nach dem Freiflugweg, kann es notwendig sein, die Schaltmuffe und den Kupplungskörper gegeneinander zu verdrehen. Hierbei ist eine gewisse Kraft aufzuwenden, die manchmal als zweiter Druckpunkt zu spüren ist.

Aus dem eingangs genannten Dokument DE 37 14 190 C2 ist eine Synchronisiereinrichtung für Wechselgetriebe bekannt, wobei an der Schaltmuffe ein Teil der Schaltmuffenzähne mit glatten Seitenflanken versehen ist und wobei die glatten Seitenflanken im Bereich vertiefter Zahnnuten der Schaltmuffe liegen, in die entsprechend höhere Zähne des Synchronringes führend eingreifen.

Hierdurch soll eine verhakungsfreie Führung für den Synchronring sichergestellt sein, die ein Einfallen der Sperrzähne in Ausnehmungen von Haltezähnen der Schaltmuffe vermeidet. Die erwünschte Wirkung der Ausnehmungen im Zusammenwirken mit Kupplungszähnen an den Zahnrädern zur Vermeidung von Gangspringen soll jedoch nicht beeinträchtigt sein.

Ferner ist aus dem Dokument DE 2 141 691 A ein mechanisch synchronisiertes Schaltgetriebe bekannt, wobei an der Innenseite der Schiebemuffe im Bereich von Umschlagnuten der Führungsmuffe hinsichtlich der Breite der Synchronnocken breitere Nuten und inmitten dieser Nuten jeweils ein Zahn vorgesehen sind. Beim Verschieben der Schiebemuffe greift der Zahn in eine im zugehörigen Synchronnocken befindliche Lücke. Die Lücke weist konvergent verlaufende Gleitflächen und einen parallel verlaufenden Abschnitt auf. Die Anordnung soll die eine Radialkraft auf die Schiebemuffe ausübenden Druckstück/Federsysteme überflüssig machen.

Vor dem obigen Hintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte fertigungstechnisch günstig realisierbare Sperr-Synchronkupplung anzugeben, die insbesondere den Schaltkomfort verbessert.

Diese Aufgabe wird durch eine Sperr-Synchronkupplung mit dem Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Die Sperr-Synchronkupplung weist Zentriermittel auf, die den Synchronring in Bezug auf die Schaltmuffe in Umfangsrichtung zentrieren, wenn sie in Eingriff stehen, und die derart angeordnet sind, dass sie zumindest während eines Abschnittes des Freiflugweges, nicht jedoch während eines Synchronisierungsvorganges in Eingriff stehen.

Mit anderen Worten werden der Synchronring und die Schaltmuffe in Umfangsrichtung zueinander zentriert (allgemeiner gesagt, in Umfangsrichtung gegeneinander geführt), nachdem während eines Schaltvorganges der Synchronisierungsvorgang abgeschlossen ist und die Schaltmuffenverzahnung durch die Synchronverzahnung hindurch geschoben wird.

Hierdurch kann verhindert werden, dass der Synchronring durch den Auslauf einer Hinterlegung nochmals in Umfangsrichtung in Bezug auf die Schaltmuffe angedrückt wird, also in Umfangsrichtung gegenüber der Schaltmuffe verschoben wird.

Durch die Zentriermittel wird der Synchronring jedoch nach dem Synchronisierungsvorgang so in Bezug auf die Schaltmuffe zentriert bzw. geführt, dass die Synchronverzahnung des Synchronringes nicht mehr mit der Hinterlegung bzw. dem Auslauf der Hinterlegung in Berührung kommen kann.

Die Andruckkraft beim Einspuren der Schaltmuffenverzahnung in die Kupplungskörperverzahnung kann somit verringert werden. Es ergibt sich eine Komfortverbesserung bei handgeschalteten Getrieben hinsichtlich des zweiten Druckpunktes.

Es versteht sich, dass diese Erfindung insbesondere bei handgeschalteten Stirnradgetrieben von Bedeutung ist. Sie kann jedoch auch bei automatisierten Schaltgetrieben verwendet werden. Denn durch die Zentrierung ergibt sich gleichfalls eine Verringerung von Rasselgeräuschen. Ferner ist eine sonst zur Vermeidung dieses Problems häufig vorgesehene besonders lang gezogene Hinterlegung nicht notwendig. Bei automatisierten Schaltgetrieben kann zudem ein schnelleres Einspuren der Schaltmuffe in den Kupplungskörper erzielt werden. Es sind kürzere Schaltzeiten möglich.

Die Zentriermittel weisen wenigstens eine Zentrieranordnung aus einer axial ausgerichteten Nase und einem axial ausgerichteten Führungsschlitz auf.

Dabei wird die axial vorstehende Nase nach Abschluss des Synchronisierungsvorganges in den axial ausgerichteten Führungsschlitz eingeführt, und der Synchronring und die Schaltmuffe werden demzufolge gegeneinander zentriert.

Die Nase ist an der Schaltmuffe angeordnet. Insbesondere dann, wenn die Schaltmuffenverzahnung als Innenverzahnung ausgebildet ist, lässt sich eine derartige Nase konstruktiv und fertigungstechnisch vergleichsweise einfach realisieren, beispielsweise als radial vorstehender Nocken, gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform. Der Führungsschlitz ist an dem Synchronring angeordnet.

Es ist von besonderem Vorteil, wenn der Nocken auf dem Rücken eines Zahns der Schaltmuffenverzahnung angeordnet ist.

Zum einen lässt sich ein derartiger Nocken vergleichsweise einfach an einer Schaltmuffenverzahnung, insbesondere einer Innenverzahnung, fertigen. Zum anderen ist es bei der Anordnung des Nockens auf dem Rücken eines Zahns der Schaltmuffenverzahnung möglich, dass für die Funktion der Zentrieranordnung keine Führungszähne notwendig sind. Hierdurch ist eine Konstruktion möglich, bei der alle Zähne der Schaltmuffenverzahnung hinterlegt sind. Damit können bei eingelegtem Gang auch alle Zähne der Schaltmuffenverzahnung mit der Kupplungskörperverzahnung im Eingriff stehen. Demzufolge können bei kleinerem Durchmesser größere Momente übertragen werden. Der Nocken kann dann auch gleichzeitig als „Anschlagzahn" für die Schaltwegbegrenzung eingesetzt werden.

Dabei ist es ferner von Vorteil, wenn die Nase im Bereich ihrer Stirnseite an den Seiten abgeschrägt ist, um ein Einfädeln in den Führungsschlitz zu erleichtern.

Ferner ist es von besonderem Vorzug, wenn der Führungsschlitz als Axialnut an dem Synchronring ausgebildet ist.

Hierbei ist es möglich, die Axialnut beispielsweise zwischen zwei Zähne der Synchronverzahnung zu setzen, so dass die Axialnut konstruktiv einfach zu realisieren ist und den Zahneingriff bei der Synchronisierungsphase nicht behindert.

Dabei ist es ferner von Vorteil, wenn an dem Synchronring ein axial vorstehender Vorsprung ausgebildet ist, an dem der Führungsschlitz ausgebildet ist.

Der axial vorstehende Vorsprung ermöglicht, dass die Stirnseite der Nase gegenüber der Vorderseite der Schaltmuffenverzahnung zurückversetzt werden kann und dennoch die Nase in den Führungsschlitz eingreift, sobald der Synchronisierungsvorgang abgeschlossen ist und die Schaltmuffenverzahnung beginnt, die Synchronverzahnung zu durchfahren.

Es versteht sich, dass es hierbei notwendig sein kann, an einer Führungsmuffe, an der die Schaltmuffe axial verschieblich gelagert ist, eine geeignete Axialausnehmung vorzusehen, um den Vorsprung aufzunehmen.

Insgesamt ist es vorteilhaft, wenn eine Mehrzahl von Zentrieranordnungen in Umfangsrichtung verteilt angeordnet ist.

Dabei ist es von besonderem Vorteil, wenn die Zentrieranordnungen gegenüber den Umschlag-Nocken des Synchronringes versetzt sind, die als Anschlag für die begrenzte Drehbeweglichkeit vorgesehen sind.

Besonders bevorzugt ist es, wenn drei Zentrieranordnungen in Umfangsrichtung verteilt angeordnet sind.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale 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.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Draufsicht auf einen Teil einer Abwicklung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sperr-Synchronkupplung;
2 eine der 1 entsprechende Ansicht während eines Freiflugwegs;
3 eine der 1 entsprechende Ansicht beim Herstellen des Formschlusses;
4 eine perspektivische Teilansicht eines Synchronringes einer Sperr-Synchronkupplung gemäß einer weiteren Ausführungsform;
5 eine perspektivische Teilansicht auf die Verzahnung einer Schaltmuffe einer Sperr-Synchronkupplung gemäß der weiteren Ausführungsform;
6 eine perspektivische Teilansicht des Synchronringes der 4 sowie einer Führungsmuffe, an der die Schaltmuffe der 5 axial verschieblich gelagert ist;
7 eine schematische Draufsicht auf einen Teil einer Abwicklung einer Ausführungsform einer Sperr-Synchronkupplung, die nicht zur Erfindung gehört; und
8 eine der 1 ähnliche Ansicht einer Sperr-Synchronkupplung gemäß dem Stand der Technik.
In 1 ist eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltkupplung in Form einer Sperr-Synchronkupplung generell mit 10 bezeichnet.
Die Schaltkupplung 10 weist in an sich herkömmlicher Weise eine Schaltmuffe 12 auf, an der eine Innenverzahnung 14 ausgebildet ist. Ferner weist die Schaltkupplung 10 einen Kupplungskörper 16 auf, an dem eine Außenverzahnung 18 ausgebildet ist. Auch beinhaltet die Schaltkupplung 10 einen Synchronring 20, an dem eine Synchronverzahnung 22 ausgebildet ist.
Die Schaltmuffe 12, der Kupplungskörper 16 und der Synchronring 20 sind koaxial zu einer in 1 schematisch dargestellten Welle 24 angeordnet. Die Schaltkupplung 10 dient dazu, ein an der Welle 24 drehbar gelagertes Losrad 26 entweder von der Welle 24 zu trennen oder formschlüssig drehfest mit dieser zu verbinden.
Das Losrad 26 kann beispielsweise Teil eines Radsatzes eines Stirnradgetriebes sein, das in Kraftfahrzeugen als Handschaltgetriebe verwendet wird. Durch das Verbinden des Losrades 26 mit der Welle 24 wird bei einem derartigen Handschaltgetriebe eine Gangstufe eingelegt.
Die Schaltkupplung 10 beinhaltet ferner eine Reibkupplung 28, die in 1 ebenfalls schematisch dargestellt ist.
Die Reibkupplung 28 kann beispielsweise durch Reibflächen an dem Kupplungskörper 16 und an dem Synchronring 20 gebildet sein.
Der Kupplungskörper 16 ist starr mit dem Losrad 26 verbunden, wie es in 1 schematisch angedeutet ist. Der Kupplungskörper 16 kann auch einstückig mit dem Losrad 26 ausgebildet sein.
Die Schaltmuffe 12 ist drehfest mit der Welle 24 verbunden und ist begrenzt axial verschieblich an der Welle 24 gelagert. Beispielsweise kann an der Welle 24 eine nicht dargestellte Führungsmuffe (Synchronkörper) festgelegt sein, die eine Außenverzahnung aufweist, die mit der Innenverzahnung 14 der Schaltmuffe 12 in Eingriff steht.
Die Innenverzahnung 14 der Schaltmuffe 12 weist eine Mehrzahl von Zähnen 30 auf. Die Zähne 30 weisen an ihrem zu dem Kupplungskörper 16 weisenden Ende jeweils eine Anspitzung 32 auf. Ferner sind sämtliche Zähne 30 der Innenverzahnung 14 mit Hinterlegungen 34 versehen. An dem Übergang der Anspitzung 32 zu der Hinterlegung 34 ist an jeder Zahnflanke eine Flankenkante 36 zu erkennen.
Die Außenverzahnung 18 des Kupplungskörpers 16 weist eine Mehrzahl von Zähnen 40 auf. Die Zähne 40 weisen jeweils eine zu der Schaltmuffe 12 hin weisende Anspitzung 42 und eine sich daran axial anschließende Hinterlegung 44 auf. Zwischen den Anspitzungen 42 und den Hinterlegungen 44 ist jeweils eine Flankenkante 46 an jeder Flanke ausgebildet.
Die Synchronverzahnung 22 weist eine Mehrzahl von Zähnen 50 auf, die ebenfalls jeweils eine Anspitzung 52 besitzen. Die Flanke der Synchronzähne ist in 1 mit 54 bezeichnet. Der Übergang von der Anspitzung 52 zu einer Flanke 54 ist jeweils durch eine Flankenkante 56 gekennzeichnet.
Der grundlegende Aufbau einer derartigen Schaltkupplung 10 ist an sich bekannt und beispielsweise im Detail beschrieben in "Fahrzeuggetriebe – Grundlagen, Auswahl, Auslegung und Konstruktion" von G. Lechner und H. Naunheimer, Springer Verlag 1994, Seiten 233–242.
In 1 ist die Schaltkupplung 10 während eines Schaltvorganges zum Verbinden des Losrades 26 mit der Welle 24 dargestellt.
Genauer gesagt ist in 1 ein Zustand dargestellt, bei dem die Synchronisierung der Drehzahlen von Losrad 26 und Welle 24 weitgehend abgeschlossen ist. Dabei haben sich die Anspitzungen 32 der Innenverzahnung 14 von den Anspitzungen 52 der Synchronverzahnung 22 gelöst, und die Flankenkanten 36 und 56 stehen einander gegenüber.
Bis jedoch die Innenverzahnung 14 der Schaltmuffe 12 in die Außenverzahnung 18 des Kupplungskörpers 16 einspurt, ist ein Freiflugweg 60 zu durchqueren, der in 1 auch mit s bezeichnet ist.
Während dieses Freiflugweges 60 ist die Reibkupplung 28 entlastet, so dass sich zwischen der Welle 24 und dem Losrad 26 erneut eine Drehzahldifferenz aufbauen kann.
Auch wäre es im Stand der Technik generell möglich, dass die Synchronverzahnung 22 gegenüber der Innenverzahnung 14 der Schaltmuffe 12 verspannt ist und somit einseitig anliegt. Dies könnte zur Folge haben, dass die Synchronverzahnung 22 bei Erreichen des Auslaufes der Hinterlegungen 44 eine Kraftkomponente von der Innenverzahnung 14 der Schaltmuffe 12 in Axialrichtung erfährt und demzufolge die Reibkupplung 28 erneut belastet wird. Dies würde das Einspuren der Innenverzahnung 14 in die Außenverzahnung 18 deutlich erschweren und als zweiter Druckpunkt beim manuellen Gangeinlegen spürbar sein. Im Extremfall ließe sich der Gang nicht einlegen („Einlegehänger"). Bei automatisierten Schaltgetrieben ergäbe sich eine Verlängerung der Schaltzeit bzw. Fehlfunktionen.
Die erfindungsgemäße Schaltkupplung 10 weist jedoch eine Zentrieranordnung 70 auf, die dafür sorgt, dass ab dem in 1 gezeigten Zustand die Synchronverzahnung 22 in Bezug auf die Innenverzahnung 14 der Schaltmuffe 12 zentriert bzw. so geführt wird, dass eine axiale Belastung des Synchronringes 20 nicht möglich ist. Insbesondere wird durch die Zentrieranordnung 70 verhindert, dass die Anspitzung 52 der Synchronverzahnung 22 mit einem Auslauf einer Hinterlegung 34 der Innenverzahnung 14 der Schaltmuffe 12 in Eingriff kommt.
Obgleich in 1 eine Zentrieranordnung 70 gezeigt ist, versteht sich, dass über den Umfang der Schaltkupplung 10 eine Mehrzahl derartiger Zentrieranordnungen 70 vorgesehen sein kann, die gemeinsam Zentriermittel bilden.
Die Zentrieranordnung 70 weist einen axialen Vorsprung 72 an dem Synchronring 20 auf. Der axiale Vorsprung 72 steht von dem Synchronring 20 in Richtung hin zu der Schaltmuffe 12 vor, und greift in eine Axialausnehmung einer Führungsmuffe, an der die Schaltmuffe 12 axial geführt ist.
Ferner ist zentrisch zu dem Vorsprung 72 über die gesamte axiale Länge des Synchronringes 20 eine radial nach oben offene Axialnut 74 ausgebildet.
An dem Innenumfang der Innenverzahnung 14 der Schaltmuffe 12 weist die Zentrieranordnung 70 einen Nocken 76 auf. Der Nocken 76 ist an dem Rücken von einem Zahn 30' der Innenverzahnung 14 ausgebildet und ist dazu ausgelegt, in die Axialnut 74 einzufahren.
Es ist dargestellt, dass in dem in 1 gezeigten Zustand eine Stirnseite 78 des Nockens 76 direkt auf der axialen Höhe einer Maulöffnung 80 der Axialnut 74 gegenübersteht. Die seitlichen Kanten des Nockens 76 bzw. der Maulöffnung 80 können abgeschrägt sein, wie es schematisch bei 82 dargestellt ist, um ein Einfädeln zu erleichtern.
Im weiteren Verlauf des Schaltvorganges tritt der Nocken 76 während des Freiflugweges 60 in die Axialnut 74 ein, wie es in 2 gezeigt ist. Dabei sind die „Einfädelschrägen" 82 gesichert überfahren und der Synchronring 20 zentriert, bevor die Schaltmuffen-Anspitzung 32 in Kontakt mit der Kupplungskörper-Anspitzung 42 kommt (S' > 0 mm).
In 2 ist dabei die axiale Eingriffslänge zwischen der axialen Nut 74 und dem Nocken 76 mit 1 dargestellt. Bei 1' ist die axiale Länge der „Einfädelschräge" 82 dargestellt. Die Bedingung, dass der Nocken 76 in die Axialnut 74 eingespurt haben muss, bevor der Freiflugweg 0 mm ist (s' = 0), ließe sich daher auch wie folgt formulieren: s' > 1 – 1'. Für den Fall, dass keine Einfädelschrägen 82 vorhanden sind, wäre die Bedingung s' > 1.
Mit anderen Worten ist es wichtig, dass die Zentrierung mittels der Zentrieranordnung 70 erfolgt ist, bevor die Verzahnung 14 der Schaltmuffe 12 mit der Verzahnung 18 des Kupplungskörpers 16 in Eingriff gelangt.
In 3 ist gezeigt, dass der Freiflugweg 60 überwunden ist und die Innenverzahnung 14 in die Außenverzahnung 18 des Kupplungskörpers 16 einspurt. Dabei bleibt der Synchronring 20 gegenüber der Schaltmuffe 12 zentriert.
Insgesamt ergibt sich durch die in den 1 bis 3 gezeigte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltkupplung eine deutliche Komfortverbesserung. Denn die Zähne 50 des Synchronringes 20 kommen nicht mehr mit der Hinterlegung 34 der Innenverzahnung 14 der Schaltmuffe 12 in Berührung.
Durch die Zentrierung ergibt sich ferner eine deutliche Verringerung von Rasselgeräuschen.
Bei automatisierten Schaltgetrieben und bei Doppelkupplungsgetrieben sind deutliche Schaltzeitverkürzungen bzw. eine Erhöhung der Funktionssicherheit möglich.
Durch die Ausbildung der Axialnut 74 zwischen zwei Zähnen 50 der Synchronverzahnung 22 und durch die Ausbildung des Nockens 76 auf dem Rücken von jeweils einem Zahn 30' der Innenverzahnung 14 der Schaltmuffe 12 ist keine Konstruktion mit Führungszähnen notwendig. Hierdurch ist es möglich, dass alle Zähne 30 der Schaltmuffe 12 hinterlegt sind. Damit sind im geschalteten Zustand auch alle Zähne 30 der Schaltmuffe 12 mit den Zähnen 40 des Kupplungskörpers 16 in Eingriff.
Zudem ist es nicht notwendig, die Hinterlegung 34 langgezogen auszubilden, wie es im Stand der Technik realisiert wird, um die Überdeckung zwischen Schaltmuffe 12 und Führungsmuffe (nicht dargestellt) zu verringern.
Die Stirnseite 78 des Nockens 76 liegt etwa auf der Höhe des Auslaufes der Hinterlegungen 34. Durch den Vorsprung 72 wird erreicht, dass die Zentrieranordnung 70 in Eingriff gelangt, nachdem der Synchronisierungsvorgang abgeschlossen ist, jedoch bevor der Freiflugweg s = 0 mm erreicht wird, nachdem die Flankenkanten 36, 56 aneinander vorbeigelaufen sind.
Die 4 bis 6 zeigen eine alternative Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltkupplung 10'.
Der generelle Aufbau und die generelle Funktionsweise der Schaltkupplung 10' entspricht jener der Schaltkupplung 10 der 1 bis 3.
Dabei sind in den 4 bis 6 gleiche Elemente mit den gleichen Bezugsziffern versehen wie in den 1 bis 3.
So zeigt 4 einen Ausschnitt eines Synchronringes 20 mit der Axialnut 74 zwischen zwei Zähnen 50 der Synchronverzahnung 22.
5 zeigt einen Zahn 30' mit einem radial nach innen vorstehenden Nocken 76, der eine Stirnseite 78 aufweist, die bei Beginn der Zentrierung in die Maulöffnung 80 der Axialnut 74 eintritt.
In 6 ist eine Führungsmuffe 92 dargestellt, die dazu ausgelegt ist, die Schaltmuffe 12 der 5 axial verschieblich an der Welle 24 zu lagern.
Die Führungsmuffe 92 weist außenumfänglich eine Führungsmuffenverzahnung 94 auf.
Ferner weist die Führungsmuffe 92 entsprechend der Anzahl von Zentrieranordnungen 70 eine Anzahl von Axialausnehmungen 96 auf, die dazu ausgelegt sind, die Vorsprünge 72 aufzunehmen.
An der Führungsmuffenverzahnung 94 ist ferner in Zuordnung zu den jeweiligen Zentrieranordnungen 70 jeweils eine axiale Führungsnut 98 zur Aufnahme des Nockens 76 vorgesehen. Die axiale Führungsnut 98 verläuft radial tiefer als der Zahngrund zwischen regulären Zähnen der Führungsmuffenverzahnung 94.
Ferner ist in 6 dargestellt, dass die Führungsmuffe 92 in an sich herkömmlicher Weise drei umfänglich verteilte Radialausnehmungen 100 zur Aufnahme eines Federdruckstück-Systems aufweist. Dabei sind die Axialausnehmungen 96 so gestaltet, dass bei „umgeschlagenem" Synchronring 20 kein Kontakt zwischen den Synchronring-Vorsprüngen 72 und den Axialausnehmungen 96 stattfindet.
7 zeigt eine Ausführungsform einer Sperr-Synchronkupplung 10a, die nicht zur Erfindung gehört.
Bei der Schaltkupplung 10a ist eine Zentrieranordnung 70a vorgesehen, deren generelle Funktionsweise der Zentrieranordnung 70 der 1 bis 6 entspricht.
Bei der Zentrieranordnung 70a ist jedoch ein Nocken 76a in Form eines vorstehenden Zahnes an dem Synchronring 20a vorgesehen. Entsprechend ist an der Schaltmuffe 12a eine durchgehende Axialnut 74a ausgebildet.
Zur Zentrierung tritt dabei der Nocken 76a in die Axialnut 74a ein, um den Synchronring 20a während des Freiflugweges 60a in Bezug auf die Schaltmuffe 12a zu zentrieren.
8 zeigt schließlich zur Erläuterung des Standes der Technik eine der 3 entsprechende Darstellung einer herkömmli chen Schaltkupplung, bei der der Synchronring nicht in Bezug auf die Schaltmuffe zentriert ist.
In 8 ist ein Kupplungskörper mit K bezeichnet, eine Schaltmuffe mit SM und ein Synchronring mit S.
Es ist zu erkennen, dass während eines Einspurvorganges der Verzahnung der Schaltmuffe SM in die Verzahnung des Kupplungskörpers K die Verzahnung des Synchronringes S in die Hinterlegung H an der Schaltmuffenverzahnung eingreift und insbesondere durch den Auslauf A der Hinterlegung H nochmals angedrückt wird. Hierdurch wird die Reibkupplung der Sperr-Synchronkupplung nochmals belastet. Dies ist deswegen kritisch, weil beim Einspuren der Schaltmuffenverzahnung in die Verzahnung des Kupplungskörpers K der Kupplungskörper K gegen ein erhöhtes Reibmoment verdreht werden muss.
Im Extremfall ergibt sich ein „Einlegehänger", d.h. es entsteht eine erneute Sperrwirkung.
Die Schaltmuffe SM versucht, den Synchronring S nach unten zu drehen, und gleichzeitig, den Kupplungskörper K nach oben zu drehen. Dabei entsteht wieder eine „Differenzdrehzahl" zwischen den Reibkoni. Bei ungünstigem Winkel des Auslaufes A tritt eine sofortige Sperrwirkung auf (wie bei dem eigentlichen Synchronvorgang), wobei die Schaltmuffe SM dann nicht weiter bewegt werden kann.
Dies führt bei manuellen Schaltgetrieben zu dem bereits erwähnten „Einlegehänger". Bei automatisierten Schaltgetrieben bzw. Doppelkupplungsgetrieben ergibt sich entweder eine extreme Erhöhung der Schaltzeiten oder eine Funktionsstörung, ggf. sogar ein Ausfall.
All dies kann durch die erfindungsgemäßen Schaltkupplungen 10, 10', 10a sicher vermieden werden.

Claims

Sperr-Synchronkupplung (10) für ein Stirnradgetriebe, insbesondere ein Kraftfahrzeuggetriebe, mit – einer Schaltmuffe (12), die an einer Welle (24) drehfest, jedoch axial verschieblich gelagert ist und eine Schaltmuffenverzahnung (14) aufweist, – einem Kupplungskörper (16), der an einem Losrad (26) festgelegt ist, das an der Welle (24) drehbar gelagert ist, und eine Kupplungskörperverzahnung (18) aufweist, in die die Schaltmuffenverzahnung (14) geschoben werden kann, um den Kupplungskörper (16) drehfest mit der Welle (24) zu verbinden, – einem Synchronring (20), der gegenüber der Welle (24) begrenzt verdrehbar ist und eine Synchronverzahnung (22) aufweist, – einer Reibkupplung (28), die bei einem Schaltvorgang belastet wird, um die Drehzahlen von Kupplungskörper (16) und Welle (24) zu synchronisieren, – wobei die Schaltmuffenverzahnung (14), im Verlauf eines Schaltvorganges nach einer Synchronisierung von Kupplungskörper- und Wellendrehzahl, die Synchronverzahnung (22) durchfährt und bis zum Herstellen des Formschlusses mit der Kupplungskörperverzahnung (18) einen Freiflugweg (60) durchfährt, während dessen die Reibkupplung (28) entlastet ist, und – Zentriermitteln (70), die wenigstens eine Zentrieranordnung (70) aus einer axiale ausgerichteten Nase (76) an der Schaltmuffe (12) und einem axial ausge richteten Führungsschlitz (74) an dem Synchronring (20) aufweisen und die den Synchronring (20) in Bezug auf die Schaltmuffe (12) in Umfangsrichtung zentrieren, wenn sie in Eingriff stehen, und die derart angeordnet sind, dass sie zumindest während eines Abschnittes des Freiflugweges (60), nicht jedoch während eines Synchronisierungsvorganges, in Eingriff stehen.
Sperr-Synchronkupplung nach Anspruch 1, wobei die Nase (76) als radial vorstehender Nocken (76) ausgebildet ist.
Sperr-Synchronkupplung nach Anspruch 2, wobei der Nocken (76) auf dem Rücken eines Zahns (30') der Schaltmuffenverzahnung (14) angeordnet ist.
Sperr-Synchronkupplung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die Nase (76) im Bereich ihrer Stirnseite (78) an den Seiten (82) abgeschrägt ist, um ein Einfädeln in den Führungsschlitz (74) zu erleichtern.
Sperr-Synchronkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Führungsschlitz (74) als Axialnut (74) an dem Synchronring (20) ausgebildet ist.
Sperr-Synchronkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei an dem Synchronring (20) ein axial vorstehender Vorsprung (72) ausgebildet ist, an dem der Führungsschlitz (74) ausgebildet ist.
Sperr-Synchronkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei eine Mehrzahl von Zentrieranordnungen (70) in Umfangsrichtung verteilt angeordnet ist.
Sperr-Synchronkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 wobei wenigstens einige Zähne (30) der Schaltmuffenverzahnung (14) mit einer Hinterlegung (34) versehen sind.