DE102005059733A1

DE102005059733A1 - Schaltkupplung

Info

Publication number: DE102005059733A1
Application number: DE200510059733
Authority: DE
Inventors: Jörg Bönning
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2005-12-14
Filing date: 2005-12-14
Publication date: 2007-06-28

Abstract

Eine Schaltkupplung umfasst einen auf einer Welle (1) drehfesten Synchronkörper (2), wenigstens ein Gangrad (16, 18) und eine Schaltmuffe (4), die auf dem Synchronkörper (2) in Axialrichtung der Welle (1) zwischen einer Leerlaufstellung und wenigstens einer geschalteten Stellung verschiebbar ist, in der sie einen Kraftschluss zwischen Synchronkörper (2) und Gangrad (16, 18) herstellt. Zwischen Schaltmuffe (4) und Synchronkörper (2) sind lösbare Rastmittel (8, 9) zum Verrasten der Schaltmuffe (4) in der geschalteten Stellung angeordnet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltkupplung mit einem auf einer Welle drehfesten Synchronkörper, wenigstens einem Gangrad und einer Schaltmuffe, die auf dem Synchronkörper in axialer Richtung der Welle zwischen einer Leerlaufstellung und wenigstens einer geschalteten Stellung verschiebbar ist, in der sie einen Kraftschluss zwischen Synchronkörper und Gangrad herstellt. Eine solche Schaltkupplung ist zum Beispiel aus DE 102 30 189 A1 bekannt.

Im ungekuppelten Zustand ist das Gangrad gegen die Welle, auf der es sitzt, drehbar. Ein hierfür erforderliches Spiel zwischen Gangrad und Welle führt dazu, dass auch im gekuppelten Zustand das Gangrad in Bezug auf die Welle nicht völlig festgelegt ist, sondern auch unter Last noch kleine Schlingerbewegungen ausführen kann, die ein Wandern der den Synchronkörper und das Gangrad kuppelnden Schaltmuffe unter Last ermöglichen. Um eine solche Wanderung zu unterbinden, sind herkömmlicherweise lösbare Rastmittel an einer Schaltstange vorgesehen, die eine Verschiebung einer Schaltgabel führt, die wiederum in die Schaltmuffe eingreift, um diese zwischen der Leerlaufstellung und der geschalteten Stellung zu verschieben. Die Position, in der die Schaltmuffe in Bezug auf Synchronkörper und Gangrad durch diese Rastmittel verrastet wird, streut aufgrund von Fertigungstoleranzen der Schaltmuffe, der Schaltgabel und der Rastmittel selber. Aus der Schlingerbewegung des Gangrades resultierende Schwingungen werden auf die Schaltgabel und ggf. über diese an einen Schalt-/Wählhebel übertragen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Schaltkupplung zu schaffen, die diese Nachteile wenigstens teilweise behebt.

Indem erfindungsgemäß zwischen Schaltmuffe und Synchronkörper erste lösbare Schaltmittel zum Verrasten der Schaltmuffe in der geschalteten Stellung angeordnet sind, können entsprechende Rastmittel an der Schaltstange entfallen. Da die erfindungsgemäßen Rastmittel unmittelbar zwischen Schaltmuffe und Synchronkörper wirken, legen sie die Raststellung mit geringer Toleranz fest.

Zweite lösbare Rastmittel können zum Verrasten der Schaltmuffe in der Leerlaufstellung zwischen Schaltmuffe und Synchronkörper angeordnet sein.

Die Rastmittel können insbesondere auch eine Kerbe und einen in die Kerbe einrastbaren, insbesondere federbeaufschlagten, Vorsprung umfassen, wobei von Kerbe und Vorsprung jeweils das eine in Bezug auf den Synchronkörper und das andere in Bezug auf die Schaltmuffe drehfest ist.

Der Einfachheit wegen ist vorzugsweise der Vorsprung den ersten und den zweiten Rastmitteln gemeinsam.

Einer ersten Ausgestaltung zufolge ist der federbeaufschlagte Vorsprung in einem zwischen Schaltmuffe und Synchronkörper angeordneten Druckstück geführt, das in an sich bekannter Weise eine Sperrsynchronisation der Schaltkupplung ermöglicht.

Es ist aber auch möglich, den federbeaufschlagten Vorsprung von dem Druckstück getrennt zu realisieren und in einer Bohrung des Synchronkörpers geführt unterzubringen.

Die Kerbe der ersten und ggf. der zweiten Rastmittel ist vorzugsweise an einer dem Synchronkörper zugewandten Schaltklaue der Schaltmuffe gebildet.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
1 einen axialen Halbschnitt durch eine Schaltkupplung gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung in Leerlaufstellung;
2 eine perspektivische Ansicht eines Bruchstückes einer in der Schaltkupplung der 1 verwendbaren Schaltmuffe; und
3 einen Schnitt durch eine Schaltmuffe und deren Umgebung gemäß einer zweiten Ausgestaltung.
Bei der in 1 gezeigten Schaltkupplung ist auf einer Welle 1 ein Synchronkörper 2 fest montiert. Der Synchronkörper 2 hat in an sich bekannter Weise die Form eines Zahnrades mit einer Mehrzahl von gleichmäßig in Umfangsrichtung verteilten Schlitzen, die axial verschiebbare Druckstücke aufnehmen. In 1 ist ein solches Druckstück nicht zu sehen, da die Schnittebene außerhalb eines solchen Schlitzes liegt. In 1 als gestrichelte Kontur dargestellte, da außerhalb der Schnittebene liegende Zähne des Synchronkörpers 2 sind im Eingriff mit radial nach innen gerichteten Schaltklauen 3 einer Schaltmuffe 4, welche den Synchronkörper 2 und die Druckstücke ringförmig umgibt. Die Schaltmuffe 4 ist mit Hilfe einer Schaltgabel 5 axial verschiebbar, die, angetrieben von einem nicht dargestellten Schalt-/Wählhebel, auf einer fest montierten Schaltstange 6 in axialer Richtung der Welle 1 verstellbar ist und in eine umlaufende Nut der Schaltmuffe 4 eingreift.
Die Schaltklaue 3 hat drei Kerben 7, 8, 8, und ein in einer Bohrung des Synchronkörpers 2 aufgenommener Rastbolzen 9 ist, durch eine am Boden der Bohrung abgestützte Druckfeder 10 radial nach außen beaufschlagt, in die mittlere Kerbe 7 der Schaltklaue 3 eingerastet.
2 verdeutlich den Aufbau der Schaltklaue 3 anhand einer perspektivischen Ansicht eines Bruchstückes der Schaltmuffe 4. Die Schaltklaue 3 hat die Gestalt einer sich in axialer Richtung der Welle 1 erstreckenden Rippe. An den Längsenden der Rippe sind jeweils zwei Schrägflächen 11 gebildet, die die Rippe an den Enden spitz zulaufen lassen. Die Rippe ist durch die Kerben 7, 8, 8 in axialer Richtung in Abschnitte 12, 13 unterteilt.
Die Schaltklauen 3 können auf dem gesamten Umfang der Schaltmuffe 4 einheitlich wie in 2 gezeigt geformt sein; dann kann die mittlere Kerbe 7 einer eine Schaltklaue 3, die einem der Druckstücke gegenüberliegt, auch dazu dienen, einen Vorsprung des Druckstücks aufzunehmen, durch den das Druckstück bei einer Verschiebung der Schaltmuffe 4 mitgenommen wird. Alternativ können auch nur diejenigen Schaltklauen 3, die einem Rastbolzen 9 oder einem Druckstück gegenüberliegen, mit den Kerben 7, 8, 8 versehen sein, während die übrigen Schaltklauen eine von einem Ende zum anderen durchgehende ebene Oberseite aufweisen.
Wieder mit Bezug auf 1 sind in axialer Richtung der Welle 1 beiderseits des Synchronkörpers 2 zwei Synchronringe 15, 16 und jenseits von diesen, an der Welle 1 drehbar gelagert, zwei Gangräder 17 bzw. 18 angeordnet. In der nachfolgenden Beschreibung wird lediglich auf den linken Synchronring 15 und das linke Gangrad 17 im Detail eingegangen, wobei sich versteht, dass für den rechten Synchronring 16 und das rechte Gangrad 18 sinngemäß das Gleiche gilt.
Der Synchronring 15 trägt eine Sperrverzahnung mit Zähnen 19. Die nicht gezeigten Druckstücke greifen in herkömmlicher Weise jeweils mit einem Spiel in Umfangsrichtung in Aussparungen des Synchronringes 15 ein, so dass der Synchronring eine begrenzte Drehbewegungsfreiheit um die Welle 1 in Bezug auf den Synchronkörper 2 aufweist. Anschlagflächen des Synchronringes 15, die dieses Drehspiel begrenzen, sind so platziert, dass, wenn sich ein Druckstück in einer mittigen Stellung zwischen ihnen befindet, jede Schaltklaue 3 in axialer Richtung durch einen Zwischenraum zwischen zweibenachbarten Zähnen 19 der Sperrverzahnung hindurchgeschoben werden kann, wohingegen, wenn sich das Druckstück an einer der Anschlagflächen befindet, jede Schaltklaue 3 mit einer ihrer Schrägflächen 11 gegen eine entsprechende Schrägfläche eines der diesen Zwischenraum benachbarten Zähne 19 stößt und dadurch an einem weiteren Vordringen in axialer Richtung gehindert ist.
Wenn mit Hilfe der Schaltgabel 5 die Schaltmuffe 4 aus der in 1 gezeigten Leerlaufstellung axial verschoben wird, so löst sich zunächst die Verrastung des Rastbolzens 9 in der Kerbe 7, und der Rastbolzen 9 wird in seiner Bohrung radial zurückgedrängt. Durch einen Kontakt zwischen den Schrägflächen 11 der Schaltklauen 3 und denen der Zähne 19 wird der Synchronring 15 axial verschoben, bis seine kegelstumpfförmige Innenfläche 20 in reibschlüssigen Kontakt mit einer komplementären Oberfläche des Gangrades 17 gelangt. Durch den Reibschluss gleicht sich die Drehgeschwindigkeit des Gangrades 17 derjenigen des Synchronringes 15 und folglich der der Welle 1 an.
Durch die Angleichung der Drehgeschwindigkeiten geht der Kraftschluss zwischen Synchronring 15 und Gangrad 17 wieder verloren, so dass der Synchronring 15 wieder innerhalb des durch seine Anschlagflächen begrenzten Winkelbereichs relativ zur Schaltmuffe 4 drehbar wird.
Nun können die Schrägflächen 11 der Schaltklauen 3 an denen der Zähne 19 entlang gleiten, wodurch der Synchronring 15 in die bereits erwähnte Mittelstellung gedreht wird, in welcher er die Schaltklauen 3 passieren lässt. So kann die Schaltmuffe 4 weiter auf das Gangrad 17 zu, nach links in der 1, bewegt werden.
Eine Schaltverzahnung des Gangrades 17 hat Zähne 21, die an ihren Enden in axialer Richtung zu den Schrägflächen 11 der Schaltklauen 3 komplementäre Schrägflächen aufweisen. Wenn die Schrägflächen dieser Zähne 21 und die der Schaltklauen 3 im nun synchronisierten Zustand aufeinander treffen, gleiten sie aneinander entlang, wodurch das Gangrad 17 so gegen die Schaltmuffe 4 verdreht wird, dass schließlich die Schaltklauen 3 in die Zwischenräume zwischen den Zähnen 21 einrücken können. Wenn dies geschieht, ist Kraft- und Formschluss zwischen der Welle 1 und dem Gangrad 17 hergestellt, und die Kupplung ist geschlossen. In dieser Stellung erreicht der Rastbolzen 9 die rechte der zwei äußeren Kerben 8 und rückt in diese ein, wodurch die Schaltmuffe 4 in der geschalteten Stellung verrastet.
3 zeigt einen Schnitt durch die Schaltmuffe 3 und ihre Umgebung gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Schaltkupplung. Die zwei äußeren Kerben 8 der im Profil gezeigten Schaltklaue 4 sind deutlich breiter als die zentrale Kerbe 7. Während in Leerlaufstellung der Rastbolzen 9 beide Seiten der mittleren Kerbe 7 berührt, liegt er bei eingelegtem Gang (in der Fig. als gestrichelter Umriss dargestellt) jeweils nur an der dem Abschnitt 13 benachbarten schrägen Seite einer der Kerben 8 an. Die den Rastbolzen 9 nach außen drückende Feder treibt in dieser Stellung die Schaltmuffe 3 weiter zur Seite, wo sie allerdings durch Kontakt mit einer Flanke 25 des Gangrads 17 blockiert ist.
Wenn alle Schaltklauen 4 der Schaltmuffe 3 das in 3 gezeigte Profil haben, dann kann die zentrale Kerbe 7 einer solchen Schaltklaue auch dazu dienen, einen Vorsprung 23 eines Druckstücks 24 aufzunehmen, das in 3 bruchstückhaft als strichpunktierte Linie angedeutet ist. Der Vorsprung 23 ist breiter als der Rastbolzen 9, so dass er bei geschaltetem Gang nicht in eine der Kerben 8 einrastet, sondern gegen den Abschnitt 13 drückt.
Selbstverständlich können bei all denjenigen Schaltklauen, die nicht mit einem Rastbolzen zusammenwirken, die seitlichen Kerben 8 und bei denjenigen, die weder mit einem Rastbolzen 9 noch mit einem Druckstück 24 zusammenwirken, auch die zentrale Kerbe 7 fehlen. Aus Gründen der einfacheren Fertigung und Montage kann es jedoch vorteilhaft sein, wenn alle Schaltklauen 4 identisch sind.
Die seitlichen Flanken der Kerben 7 und 8, an denen in eingerastetem Zustand der Rastbolzen 9 anliegt, sind in den beigefügten Figuren jeweils als ebene Schrägflächen dargestellt. Die Steifigkeit der Druckfeder 10 und die Steilheit der Flanken bestimmen die Rastkraft, die überwunden werden muss, um den Rastbolzen aus einer der Kerben 7, 8 zu lösen. Die Flankensteilheit kann für die einem Leerlaufzustand entsprechende Kerbe 7 anders gewählt sein als für die jeweils einem eingelegten Gang entsprechenden Kerben 8. Andere Flankenformen, z. B. konkav oder konvex gewölbt bzw. ballig, oder gestuft, kommen ebenfalls in Betracht. Selbst eine exakt in radialer Richtung orientierte Flanke ist denkbar, wobei dann allerdings die in die Kerben eingreifende Spitze des Rastbolzens 9 – oder im Falle der äußeren Kerben 8 die Bewegungsfreiheit des Rastbolzens in axialer Richtung – so bemessen sein sollte, dass der Rastbolzen nicht mit der Flanke selbst, sondern nur mit der Kante zwischen ihr und der Scheitelfläche des Abschnitts 13 in Berührung kommen kann.

1: Welle
2: Synchronkörper
3: Schaltklaue
4: Schaltmuffe
5: Schaltgabel
6: Schaltstange
7, 8: Kerbe
9: Rastbolzen
10: Druckfeder
11: Schrägfläche
12, 13: Abschnitt
15, 16: Synchronring
17, 18: Gangräder
19: Zähne
20: Innenfläche
21: Zähne
22: Flanke
23: Vorsprung
24: Druckstück
25: Flanke

Claims

Schaltkupplung mit einem auf einer Welle (1) drehfesten Synchronkörper (2), wenigstens einem Gangrad (16, 18) und einer Schaltmuffe (4), die auf dem Synchronkörper (2) in Axialrichtung der Welle (1) zwischen einer Leerlaufstellung und wenigstens einer geschalteten Stellung verschiebbar ist, in der sie einen Kraftschluss zwischen Synchronkörper (2) und Gangrad (16, 18) herstellt, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Schaltmuffe (4) und Synchronkörper (2) erste lösbare Rastmittel (8, 9) zum Verrasten der Schaltmuffe (4) in der geschalteten Stellung angeordnet sind.
Schaltkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Schaltmuffe (4) und Synchronkörper (2) zweite lösbare Rastmittel (7, 9) zum Verrasten der Schaltmuffe (4) in der Leerlaufstellung angeordnet sind.
Schaltkupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rastmittel (7, 8, 9) eine Aussparung (7, 8) und einen in die Aussparung (7, 8) einrastbaren Vorsprung (9) umfassen, wobei von Aussparung (7, 8) und Vorsprung (9) jeweils eines (9) in Bezug auf den Synchronkörper (2) und das andere (7, 8) in Bezug auf die Schaltmuffe (4) drehfest ist.
Schaltkupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsprung (9) durch eine Feder (10) gegen die Aussparung (7, 8) beaufschlagt ist.
Schaltkupplung nach Anspruch 2 und Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsprung (9) den ersten und den zweiten Rastmitteln (8, 9; 7, 9) gemeinsam ist.
Schaltkupplung nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsprung (9) in einer Bohrung des Synchronkörpers (2) geführt ist.
Schaltkupplung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung (7, 8) an einer dem Synchronkörper (2) zugewandten Schaltklaue (3) der Schaltmuffe (4) gebildet ist.