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Gebiet der
Erfindung
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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schalten mindestens eines
Gangrades mittels einer aus einer neutralen Stellung von einem Synchronkörper in
Richtung des Gangrades verschiebbaren Schiebemuffe.
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Hintergrund
der Erfindung
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Derartige
Vorrichtungen sind in der Regel als Kupplungselemente in Synchronisiereinrichtungen von
Hand geschalteten Kraftfahrzeuggetrieben eingesetzt. Sie verbinden
eine Getriebewelle verdrehfest mit einem auf der Getriebewelle drehbar
gelagerten Gangrad. Dabei ist die Schiebemuffe konzentrisch zur
Getriebewelle angeordnet, verdrehfest und in Längsrichtung der Getriebewelle
verschiebbar sowie mit einem Gangrad auf einem Synchronkörper kuppelbar.
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Schiebemuffen
gibt es in den verschiedensten Ausführungen. Zumeist weisen sie
an ihrer Innenmantelfläche
eine nach innen weisende Verzahnung auf, die in eine Gegenverzahnung
des Synchronkörpers
und im geschalteten Zustand in eine Verzahnung des Gangrads eingreift.
Am Außenumfang
der Schiebemuffe ist eine Führung
für eine
Schaltgabel vorgesehen. Mit der Schaltgabel wird die Schiebemuffe
in Längsrichtung
auf dem Synchronkörper
verschoben, bis sie mit dem Zahnrad verbunden oder wieder zurück in ihrer
Neutralstellung bewegt ist.
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In
der Neutralstellung werden die Schiebemuffen oft axial durch ein
Rastelement gehalten, das im Synchronkörper aufgenommen ist und zumeist
federbelastet auf eine Ausnehmung wirkt. Die Ausnehmung ist – je nach
Ausführung
der Rastierung – an einzelnen
oder allen nach innen gerichteten Zähnen der Schiebemuffe, den
Riegelnutzähnen,
ausgebildet. Das Rastelement bewirkt, dass die Schiebemuffe erst
nach dem Überwinden
eines definierten Widerstandes durch die Bedienperson, beim Schalten des
Ganges, axial bewegt werden kann und sich nicht unbeabsichtigt und
selbsttätig
in axiale Richtung verschiebt. Um verschiedene Rastpunkte z. B. für eine Neutral-
und eine Raststellung festzulegen oder Verschiebekräfte und
Kraftverläufe
unterschiedlicher Höhe
zu definieren, sind häufig
zwei oder mehrere Ausnehmungen in Längsrichtung des Zahns hintereinander
angeordnet. Neben oder unabhängig
von den vorgenannten Rastelementen wirken bei anderen Synchronisiereinrichtungen
Druckstücke
oder Sperrelemente auf die Ausnehmungen des nach innen gerichteten
Zahns. Die Druckstücke
dienen als Betätigungselement
für die
Vorsynchronisierung. Bei axialem Verschieben der Schiebemuffe werden
die Druckstücke
durch diese mitgenommen. Dabei leiten sie den Prozess der Synchronisation
ein, indem sie auf zwischen dem Gangrad und dem Synchronkörper angeordnete
Synchronringe wirken.
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Die
Ausnehmung, in der sich das Druckstück in der Neutralstellung befindet,
dient dazu, dem Bediener eine haptische Rückmeldung beim Durchschalten
der Neutralstellung zu vermitteln. Sie ist nicht dafür vorgesehen,
das Druckstück
fest zu führen.
Bei einem Gangwechsel wird die Schiebemuffe aus der Neutralstellung
oder aus einer zweiten Endstellung in eine erste Endstellung verschoben,
wobei die Schiebemuffe über
das Druckstück
in einem ersten Bewegungsschritt die Ansynchronisation, ein Angleichen
der unterschiedlichen Drehzahlen zwischen dem Gangrad und dem Synchronkörper, einleitet. Dabei
tritt eine Kippbewegung der Schiebemuffe in radialer und axialer
Richtung bezüglich
des Synchronkörpers
auf. Je weiter die Schiebemuffe ausgerückt wird, desto größer wird
aufgrund der kleineren Abstützlänge zwischen
Schiebemuffe und Synchronkörper
die Verkippung an den Zahnflanken und kann somit zu Problemen bei
der Bewegung der Schiebemuffe zum Synchronring bzw. zum Kupplungskörper führen, weil
der Kopfkreis der Schiebemuffe mit den Stirnflächen des Synchronrings oder
des Kupplungskörpers
kollidieren kann. Eine weitere kritische Position ist der Hinterlegungsbereich
der Schiebemuffe an den Kanten der Außenverzahnung des Synchronkörpers.
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Eine
Möglichkeit,
das Kippspiel zwischen Schiebemuffe und Synchronkörper zu
reduzieren, ist es, die Führungszähne am Synchronkörper mit
einer größeren Zahndicke
zu versehen und die Führungslücken an
der Schiebemuffe entsprechend zu vergrößern, so dass sich eine größere Lückenweite
ergibt. Eine derartige Ausbildung der Schaltvorrichtung führt zu erhöhtem Fertigungs-
und Prüfaufwand
sowie zu hohen Werkzeugkosten.
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Eine
weitere Möglichkeit,
das Kippspiel zu reduzieren, ist es, den Zahngrund am Synchronkörper zu
modifizieren und einen Kopfkreis der Schiebemuffe vorzusehen, der
nur sehr geringe Toleranzen aufweist. Bedingt durch diese enge Toleranz
werden höhere
Anforderungen an ein Verfahren zur Endbearbeitung des Kopfkreisdurchmessers
gestellt, was höhere
Kosten verursacht. Der modifizierte Zahngrund am Synchronkörper bedingt
außerdem,
dass Modifikationen an den Bearbeitungswerkzeugen erforderlich sind.
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Aufgabe
der Erfindung
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Der
Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Schaltvorrichtung
zu schaffen, bei der die vorstehend genannten Nachteile beseitigt
sind.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe nach den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs
1 dadurch gelöst,
dass zwischen zwei aufeinander folgenden Zähnen der Schiebemuffe ein oder
mehrere Führungselemente
angeordnet sind. Die Führungselemente
gleichen die Toleranzen der Vorrichtung im verbauten Zustand aus
und reduzieren somit die Spiele.
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Die
Führungselemente
werden gemäß Anspruch
4 separat hergestellt und sind somit besonders einfach und kostengünstig zu
fertigen. Sie sind in am Umfang des Synchronkörpers verteilten Zahnlücken der
Schiebemuffe angeordnet. Die Anzahl der Führungselemente wird lediglich
durch die vorhandenen Zahnlücken
begrenzt. Die Anordnung der Führungselemente
in den Zahnlücken
um die Rotationsachse ist in beliebiger Weise möglich; insbesondere können auch
zwei benachbarte Zahnlücken
jeweils mit Führungselementen
versehen werden.
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Aufgrund
von Fertigungstoleranzen weisen die Bauteile Schiebemuffe, Synchronkörper und Kupplungskörper unterschiedliche
Lückenweiten bzw.
Zahnbreiten auf. Das durch diese Fertigungstoleranzen entstehende
Spiel wird erfindungsgemäß durch
geeignet gewählte
Führungselemente
kompensiert. Die Führungselemente
werden abhängig von
der an der Schiebemuffe vorhandenen Lückenweite zusortiert. Insbesondere
in der Massenherstellung von derartigen Schaltvorrichtungen hat
dies zum Vorteil, dass die sich ständig ändernden Toleranzen durch verschiedene
Führungselemente
ausgeglichen werden können,
da stets auch verschiedenartige Führungselemente vorgehalten
werden. Das Vorhalten von Führungselementen
unterschiedlicher Größe ist vergleichsweise
unaufwendig. Aufgrund ihrer einfachen geometrischen Struktur sind
sie einfach herzustellen und zu sortieren.
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Durch
das dadurch reduzierte Spiel zwischen den Führungselementen und dem Fußkreisdurchmesser
des Synchronkörpers
kann die Schiebemuffe weniger verkippen, weil die Schiebemuffe auch
beim Ausrücken
in einer achskon stanten Position zum Synchronkörper gehalten wird. Weiterhin wirken
die Führungselemente
sich positiv auf die Übertragung
des Drehmoments zwischen dem Synchronkörper und dem Kupplungskörper aus.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Synchronkörper vergrößerte Zahnlücken auf,
in welche die Führungselemente
eingreifen. Die vergrößerten Zahnlücken sind
dabei gleichmäßig am Umfang
des Synchronkörpers
angeordnet und können
beispielsweise auch durch das Fehlen eines Zahnes realisiert sein.
Das Führungselement ist
entweder lose oder fest zwischen Synchronkörper und Schiebemuffe eingesetzt.
Ist es fest eingesetzt, kann es entweder stoffschlüssig mit
der Schiebemuffe verbunden werden oder mit dem Synchronkörper. Der
Stoffschluss kann dabei beispielsweise durch Schweißen oder
Kleben realisiert werden. Die Wälzkörper bestehen
dabei vorzugsweise aus Stahl.
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In
einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die
Führungselemente
gleichmäßig über den
Umfang verteilt angeordnet. Die Verwendung von mehreren, gleichmäßig angeordneten Führungselementen
ermöglicht
eine effektive Übertragung
des Drehmoments.
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In
einer Fortbildung der Erfindung sind die Führungselemente als Wälzkörper ausgebildet.
Als Wälzkörper können beispielsweise
Kugeln oder zylindrische Wälzkörper wie
Nadeln oder Rollen verwendet werden. Vorzugsweise ist die Länge der
Nadeln ist kürzer
als die Breite der Schiebemuffe.
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Alle
vorstehend genannten Weiterbildungen können selbstverständlich auch
miteinander kombiniert werden.
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Kurze
Beschreibung der Zeichnungen
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die
dazugehörigen
Zeichnungen zeigen:
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1 einen
Längsschnitt
eines Teils einer Synchronisiervorrichtung,
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2 einen
Querschnitt einer erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung,
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3 einen
Längsschnitt
der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung
nach 2 entlang III-III,
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4 eine
vergrößerte Darstellung
der ineinander greifenden Zähne
der Schiebemuffe und des Synchronkörpers nach 2 mit
einem Führungselement,
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5a eine
perspektivische Schrägansicht einer
erfindungsgemäßen Schiebemuffe,
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5b eine
Schrägansicht
eines erfindungsgemäßen Synchronkörpers,
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6 eine
vergrößerte Darstellung
des Bereiches VI aus 5a,
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7 eine
perspektivische Schrägansicht eines
Teils einer zweiten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung
und
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8 eine
perspektivische Schrägansicht eines
Teils einer dritten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung.
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Ausführliche
Beschreibung der Zeichnungen
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In 1 ist
mit 1 eine Welle eines Schaltgetriebes für Kraftfahrzeuge
bezeichnet, auf welcher zwei Gangräder 2 und 3 frei
drehbar gelagert sind. Zwischen diesen beiden Gangrädern 2 und 3 ist
eine Synchronisiereinrichtung 4 angeordnet, über welche wahlweise
eines der beiden Gangräder 2 oder 3 an die
Welle 1 kuppelbar ist. Auf diese Weise wird das Schaltgetriebe
in unter schiedliche Übersetzungsstufen
geschaltet.
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Die
Synchronisiereinrichtung 4 weist einen Synchronkörper 5 auf,
der drehfest in eine Verzahnung 6 der Welle eingreift.
Weiterhin ist der Synchronkörper 5 an
seinem äußeren Umfang
mit einer Außenverzahnung 7 versehen,
in welche Zähne 8 einer
Innenverzahnung einer Schiebemuffe 9 eingreifen. Im Synchronkörper 5 ist
weiterhin ein Druckstück 10 mit
einer Druckfeder 11 geführt,
das ein kugelförmiges,
in Längsrichtung über das
Druckstück 10 vorstehendes
Rastelement 12 aufnimmt. Das kugelförmige Rastelement 12 ragt
dabei aus dem Synchronkörper 5 bis
etwa zum Kopfkreis der Außenverzahnung 7 vor.
In einer Neutralstellung der Synchronisiereinrichtung 4,
in keine der beiden möglichen Gangstufen
geschaltet ist und sich somit die beiden Gangräder 2 und 3 frei
gegenüber
der Welle 1 drehen, greift das Rastelement 12 in
eine in der Innenverzahnung 8 der Schiebemuffe 9 ausgebildete
Riegelnut 13 ein.
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Beiderseits
des Druckstücks 10 sind
Synchronringe 14 und 15 angeordnet, die außen eine Sperrverzahnung 16 und 17 und
innen eine Reibfläche 18 und 19 aufweisen.
Die Reibflächen 18 und 19 der
Synchronringe 14 und 15 wirken zusammen mit entsprechend
ausgebildeten Reibflächen 20 und 21, welche
am Gangrad 3 sowie einem drehfest mit dem Gangrad verbundenen
Kupplungsring 22 ausgebildet sind.
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Während eines
Schaltvorgangs wird bei einer entsprechenden Sperrsynchronisierung über das Druckstück 10 zunächst während des
Ansynchronisierens eine axiale Kraft auf den jeweiligen Synchronring 14 oder 15 ausgeübt, so dass
dieser über seine
Reibfläche 18 oder 19 von
der entsprechenden Reibfläche 20, 21 mitgenommen
und gegenüber
dem Synchronkörper 5 um
einen bestimmten Winkel verdreht wird. In dieser Lage sperrt die
Sperrverzahnung 16 eine weitere Verschiebung der Schiebemuffe 9. Diese
Sperrwirkung wird erst dann aufgehoben, wenn ein Gleichlauf zwischen
dem jeweiligen Gangrad 2 bzw. 3 und der Welle 1 erzielt
ist. In diesem Moment wird die Innenverzahnung 8 der Schiebemuffe 9 durch
die Sperrverzahnung 16 bzw. 17 hindurch bewegt
und gelangt schließlich
in den Eingriff in eine Kuppelverzahnung 23 bzw. 24.
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Die 2, 3 und 4 zeigen
eine erfindungsgemäße Schaltvorrichtung,
bei der am Umfang der Schiebemuffe 9 sechs Führungselemente 26 gleichmäßig über den
Umfang verteilt angeordnet sind. Die Außenverzahnung 7 des
Synchronkörpers weist
eine Zahnlücke 25 auf.
Die Zahnlücke 25 entsteht
in diesem Fall dadurch, dass in der Außenverzahnung 7 ein
Zahn weggelassen wurde, so dass die beiden benachbarten Zähne 30, 30' einen etwa
doppelt so großen
Abstand aufweisen wie sie ihn ohne die Zahnlücke 25 besäßen. Die
Zähne 8, 8' der Schiebemuffe
besitzen umlaufend stets den gleichen Abstand voneinander. In der
Zahnlücke 25 ist
ein zylindrisches Führungselement 26 angeordnet,
das mit den Zahnflanken 31 der Zähne 8, 8', 8'' und der nach radial außen gewandten
Oberfläche 32 des
Synchronkörpers 5 formschlüssig verbunden
ist. Der Durchmesser in radialer Richtung gesehen entspricht in
etwa der Höhe
der Zähne 8.
Wie aus 4 ersichtlich ist, sind dadurch
die Zähne 8, 8' durch einen Spalt 33 von
dem Synchronkörper 5 beabstandet. Der
Spalt 33 weist ein sehr geringes Maß auf, das gegen null gehen
kann, so dass einerseits kaum Materialverschleiß durch Reiben auftritt und
andererseits ein Verkippen durch ein zu großes Spaltmaß verhindert wird. Beim Ausrücken der
Schiebemuffe aus der Neutralstellung bleibt das Spaltmaß 33 gleich
groß, so
dass der Abstand der Schiebemuffe 9 zum Synchronkörper 5 sich
nicht verändert.
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Die 5a, 5b und 6 zeigen
Schrägansichten
einer erfindungsgemäßen Synchronisiereinrichtung 4.
Insbesondere ist aus 6 zu erkennen, dass der Formschluss
oder Stoffschluss der Führungselemente 26 mit
der Schiebemuffe 9 nicht über die gesamte Länge des
Führungselements 26 erfolgen
muss, sondern auch lediglich nur in einem Teilbereich 34 eines
Zahns 8'' erfolgen kann.
Bei der Verbindung zwischen Führungselement 26 und Schiebemuffe 9 bzw.
Synchronkörper 5 sind
auch Mischformen aus Form- und Stoffschluss möglich; dazu wird das Führungselement 26 beispielsweise nur
an einem Berührungspunkt
verschweißt.
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7 und 8 zeigen
weitere perspektivische Darstellungen von Synchronisiervorrichtungen 4 mit
Führungselementen 26.
Die Führungselemente 26 sind in 7 zylindrisch
als Rollen oder Nadeln 29 und in 8 als Kugeln 28 ausgebildet.
Bei größeren Fertigungsungenauigkeiten
kann es zweckmäßig sein,
mehrere Kugeln 28 bzw. Nadeln 29 axial hintereinander
in der Zahnlücke 25 anzuordnen.
Dabei braucht der Durchmesser zu verwenden der einzelnen Führungselemente
nicht notwendigerweise identisch sein.
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- 1
- Welle
- 2
- Gangrad
- 3
- Gangrad
- 4
- Synchronisiereinrichtung
- 5
- Synchronkörper
- 6
- Verzahnung
- 7
- Außenverzahnung
- 8,
8', 8''
- Zähne
- 9
- Schiebemuffe
- 10
- Druckstück
- 11
- Druckfeder
- 12
- Rastelement
- 13
- Riegelnut
- 14
- Synchronring
- 15
- Synchronring
- 16
- Sperrverzahnung
- 17
- Sperrverzahnung
- 18
- Reibfläche von 14
- 19
- Reibfläche von 15
- 20
- Reibfläche
- 21
- Reibfläche
- 22
- Kupplungsring
- 23
- Kupplungsverzahnung
- 24
- Kupplungsverzahnung
- 25
- Zahnlücke
- 26
- Führungselement
- 27
- Wälzkörper
- 28
- Kugel
- 29
- Nadel
- 30,
30'
- Außenzähne
- 31
- Zahnflanken
- 32
- Oberfläche
- 33
- Spalt
- 34
- Teilbereich