-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Synchronisationsstück, das
als Teil einer Servo-Synchronisation
mit einer Schiebemuffe, einem Kupplungskörper, einem Synchronring und
einem Losrad ein Getriebe mit Zahnradübersetzungen synchronisieren kann.
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung eine gesamte Synchronisierung
mit einem erfindungsgemäßen Synchronisationsstück. Daneben wird
eine Vollservosynchronisation vorgestellt.
-
Ein
Synchronisationsstück
wird im Sprachgebrauch der Getriebeentwickler auch als Druckstück bzw.
Synchronisationsdruckstück
bezeichnet.
-
Wie
auf der VDI-Tagung „Getriebe
in Fahrzeugen 2006",
dargelegt im entsprechenden Tagungsband auf den Seiten 171-192 des
Herausgebers VDI-Wissensforum, ISBN 3-18-091943-4, ausführlich vorgetragen worden ist,
ist ein KYOWA HIGH PERFORMANCE SYNCHRONIZER (KHS) zwischenzeitlich
in der Fachwelt bekannt, der als H-Glied eine Rastsynchronisation
nach dem Servo-Synchronisationsprinzip durchführen kann. Das Prinzip der
Servo-Synchronisation ist zum Beispiel in der
US-A-3 548 983 bzw. dem deutschen
Familienmitglied
DE
1 924 724 C (veröffentlicht
am 20.11.1969, Patentinhaberin Nissan Motor Co.) detaillierter dargelegt,
wobei die Erklärungen
zur Servo-Synchronisation dieser Druckschrift voll inhaltlich als
Offenbarungsumfang des vorliegenden Schutzrechtes hierin inkorporiert
sind.
-
Eine
Synchronisation wird als Servosynchronisation bezeichnet, wenn die
Energie aus dem Drehmoment der zueinander verdrehbaren Zahnräder genutzt
wird, um den Synchronisationsvorgang zu erleichtern. Vorteilhaft
wäre bei
einer Servosynchronisation auch die Reduktion der notwendigen Kraft
für das
Entsperren zwischen Schiebemuffe und Synchronring. In der Regel
ist die Entsperrkraft auch bei Servosynchronisationen zum Teil höher als
die durch den Schaltvorgang aufzuwendende Synchronkraft. Die über den
Schalthebel des Schaltgestänges
auf die Synchronisation aufgebrachte Schaltkraft wird bei einer
Servosynchronisation verstärkt.
-
Weitere
Arten, das Synchronisationsmoment vorteilhaft bei einer Getriebesynchronisation
zu nutzen, können
zum Beispiel aus der
US-A-4
573 371 , der
US-A-4
674 614 und der
US-A-5
924 535 entnommen werden. Die
US-A-5 924 535 bzw. ihre Querverweise
bezeichnen die Nutzung des Synchronisationsmoments als „eigenenergetische" Synchronisation
unter Nutzung der Rampenreibung. Auch die Beschreibungen zu der
Servosynchronisation gem. der letztgenannten Dokumente wird vollinhaltlich
als Teil der Offenbarung der vorliegenden Erfindung hierin aufgenommen.
Es sei hervorgehoben, dass in den Druckschriften zum Teil von Rampenreibung
oder eigenenergetischer Nutzung des Einspurvorgangs gesprochen wird,
wenn damit die Servosynchronisation gemeint ist.
-
Aus
der
DE 1 650 814 A ist
ein ballenartiges Druckstück
für jeden
Gleichlaufring bekannt, das sich aus drei Kugeln, die aufreiht sind,
zusammensetzt. Das Druckstück
liegt unter einem Spreiz-Kreisringsegment. Mit der Spreizwirkung
des Kreissegments, insbesondere seinen beiden Enden, wird ein radiales Servo-Synchronisationsprinzip
realisiert.
-
Das
Taumeln zweier gegenüberliegender Synchronringe
kann dadurch unterbunden werden, s. zum Beispiel
DE 10 2004 036 507 B3 und
DE 24 31 324 B1 ,
dass ein druckstückartiges
Element von einem Synchronring zum nächsten Synchronring reicht und
in beide sich anschauenden Synchronringe eingreift. Hierdurch werden
die beiden Synchronringe zueinander verspannt.
-
Das
bekannte H-Druckstück
zeichnet sich gegenüber
den früheren
Synchronisationsdruckstücken
durch seine Einfachheit aus. Es kann in bekannten Synchronisationen
verbaut werden, ohne die übrigen
Teile wesentlich ändern
zu müssen.
Das bedeutet, der Änderungsaufwand
bei Einführung
eines H-Druckstücks
ist überschaubar,
eine Kundenfreigabe leichter erhältlich.
Nachteilig ist die Notwendigkeit, die Enden des H-Stücks während der
Herstellung noch einmal gesondert zu härten. Außerdem darf eine Mindestwandstärke der
Enden nicht unterschritten werden, um den auftretenden Kräften standzuhalten.
Ein H-Stück
hat durch seine Form bedingt eine Mindestbreite. Die Nabe ist rund,
sodass das H-Stück
von sich aus auf Grund seiner Krümmung eine
gewisse Kerbwirkung entfaltet. Die Entsperrkraft ist, wie bei einer
herkömmlichen
Synchronisation, nicht reduziert.
-
Zu
lösen gilt
also die Aufgabe, als Alternative ein verbessertes Druckstück zu schaffen,
das gut als Servo-Synchronisationsdruckstück eingesetzt werden kann.
Daneben steckten die Erfinder der vorliegenden Erfindung sich das
Ziel, eine komplette Synchronisationseinheit zu schaffen, die auf
ein erfindungsgemäßes Druckstück zurückgreift
und diese in einer Getriebesynchronisation einzusetzen.
-
Die
Aufgabe wird durch ein Druckstück
nach Anspruch 1 gelöst.
Eine erfindungsgemäße Getriebesynchronisation
ist dem Anspruch 8 zu entnehmen. Eine kompakte, in sich selbst abgeschlossene Einheit
zur Verwendung mit bzw. Montage in einem Kraftfahrzeugetriebe ist
dem Anspruch 12 zu entnehmen. Eine solche Einheit kann erfindungsgemäß nach einem
Verfahren gem. Anspruch 19 arbeiten.
-
Vorteilhafte
Ausgestaltungen sind den abhängigen
Ansprüchen
zu entnehmen.
-
Im
Sinne der Erfindung wird als I-förmiges Druckstück ein Teil
verstanden, das in einem Bereich einen taillierten, also eingeschnürten Abschnitt,
und in weiteren, sich an den taillierten Bereich anschließenden,
Bereichen breitere Abschnitte aufweist. Abschnittsweise sieht das
Druckstück
wie ein druckbuchstabliches, groß geschriebenes I aus. In heutigen
Handschaltgetrieben ist es üblich,
spiegelbildlich angeordnete Synchronisationsanordnungen zu wählen. Je
nach Verschieben der Schiebemuffe kann von einer Antriebswelle auf
zwei unterschiedliche Losräder,
die sich gegenseitig anschauen, wechselweise aufsynchronisiert werden.
Daher ist ein erfindungsgemäßes Druckstück an seinem
mittigen Abschnitt mit zwei Querbereichen fortgeführt. Diese
Gestaltung trägt
dazu bei, vorteilhaft das Drehmoment aus der Antriebswelle zu nutzen.
-
Bei
einseitigen Synchronisationsanordnungen kann einer der beiden Querbereiche
entfallen. Die Funktion eines dann etwas unsymmetrisch aufgebauten
Druckstücks
folgt dem erfinderischen Prinzip.
-
Im
Folgenden wird der allgemeine, übliche Sprachgebrauch
von Getriebeentwicklern verwendet, um die unterschiedlichen Phasen,
häufig
in fünf Phasen
unterteilt, eines Getriebesynchronisationsvorganges mit einer Schiebemuffe
bzw. einer Schaltmuffe zu beschreiben. In diesem Zusammenhang wird
als Synchronisations- und Sperrphase der Zustand im Bewegungsablauf
bezeichnet, zu dem die Zähne
des Synchronringes an den Verzahnungen der Schaltmuffe zur Anlage
kommen und bleiben. Der Entsperrvorgang beginnt dann, wenn der Gleichlauf
zwischen Welle und Losrad eingetreten ist und die Anlage zwischen
den Verzahnungen der Schaltmuffe und des Synchronrings im Begriff
steht, sich durch gegenseitiges Verdrehen zu lösen. Die Erfindung ist in bisher
bekannten Getriebesynchronisationen einzusetzen.
-
Bei
Synchronisationseinheiten, in denen eine Getriebesynchronisation
stattfindet, ist das Synchronisationsdruckstück ein wesentliches Bauteil. Das
Synchronisationsdruckstück
sorgt bei Zahnradwechselgetrieben, wie zum Beispiel Handschaltgetrieben
von Kraftfahrzeugen, für
einen ersten Eingriff in den Synchronring, der ein Außensynchronisationsring
sein kann. Wenn das Synchronisationsdruckstück als I-Form ausgestaltet
ist, kann es in seinem mittleren Bereich, zum Beispiel über einen
Zentralpin, so gelagert werden, dass es kippbeweglich eine Servosynchronisationsbewegung
durchführen
kann. In den Eckbereichen können
Schrägen
vorgesehen sein. Die Schrägen
tragen zur besseren Anlagerung an den Nuten und Ausnehmungen der
Gegenflächen bei.
Als kippbeweglich wird eine solche Bewegung bezeichnet, bei der
um einen, vorzugsweise zentralen, Lagerpunkt herum das Druckstück entweder
horizontale oder auch vertikale Auf- und Abbewegungen innerhalb
eines bestimmten Winkelbereiches, vorzugsweise alle Bewegungen,
durchführen
kann. Die Lagerung und ihre Art tragen zur günstigen Realisierung des erfindungsgemäßen Prinzips
bei.
-
Die
I-Form des Synchronisationsdruckstücks ergibt sich bei einer Ausgestaltung
durch einen mittleren, längsartigen
Bereich, der durch hammerartige, über den mittleren Bereich hinausstehende,
Querstrecken begrenzt ist. Das Druckstück ist in seiner Länge von
Querstrecke zu Querstrecke so ausgelegt, dass es sich über die
Breite einer Nabe der Getriebewelle erstrecken kann. Die Querstrecken
verlaufen in einem nahezu rechten Winkel, vorzugsweise einem 90°-Winkel,
zum mittleren Teil. Das I-förmige
Druckstück
ist insgesamt flach. Der mittlere, insgesamt längere Bereich ist um vieles
schmaler als die vorhandenen Querstrecken. Teilungsverhältnisse von
1:1,2 bzw. sogar 1:2 oder sogar 1:2,5 können bei Ausgestaltungsbeispielen
zwischen der Breite des mittleren, taillierten Bereichs und der
in gleiche Richtung sich erstreckenden Querstrecken als vorteilhaft gewählt werden.
Die Form des Druckstücks
fördert die
leichte Herstellbarkeit gegenüber
bekannten Druckstücken,
z. B. kann bei manchen Ausgestaltungen ein späteres Einsatzhärten der
Anlage- und Berührungsteile
des Druckstücks
vermieden werden. Auch sind die Anforderungen in Bezug auf die Abnutzung
durch die Formgebung reduziert.
-
Das
Druckstück
kann abgeschrägte
Eckbereiche aufweisen. Ein mittlerer Teil des Druckstücks weist
in seinem Anschluss nach außen
und geht so in die Querstrecken über.
Auf der Innenseite der Querstrecken, das ist die Seite, die zur
Mitte des I-förmigen
Druckstückes
weist, sind die nach außen weisenden
Schrägen
angeordnet.
-
In
einer Nabe der Welle ist zumindest eine Ausnehmung vorgesehen. Die
Ausnehmung in der Nabe ist so gestaltet, dass abgeschrägte Eckbereiche
des Synchronisationsdruckstückes
gleichwinklig in die Nabe eingreifen können. Das Anlagern und Eingreifen
in die Ausnehmungen erfolgt durch ein horizontales Abwinkeln, vorzugsweise
in Umlaufrichtung der Nabe. Durch die Formgebung gehören Druckstück und seine
entsprechende Nabenausnehmung zusammen und greifen günstig ineinander
ein.
-
Über die
zentrale I-Form des Druckstückes hinaus
können
noch weitere Bereiche vorhanden sein. Ein solcher Bereich kann eine
radiale oder axiale Extremität,
wie zum Beispiel eine Nase, sein. In Fortsetzung des zentralen,
mittleren Teils, unterbrochen durch die Querstrecken, reichen die
Nasen, vorzugsweise beidseitig, als Verlängerungen des Synchronisationsdruckstückes über die
Breite der Nabe hinaus, und sind so gestaltet, dass sie in Ausnehmungen
eines Synchronringes einer Getriebesynchronisation vorstoßen können. Der
Abschnitt des Druckstücks
ist während
der Synchronisationsphase im Eingriff.
-
Wenn
das Druckstück
geschichtet betrachtet wird, hat es nach einem Ausgestaltungsbeispiel
eine breiteste Schicht an seiner nach oben gerichteten Oberfläche, aus
der wahlweise ein kegeliger Momentanpol hinausragen kann. Die Schichten
darunter sind schmaler. Die sich daraus ergebenden Seitenwände des
Druckstücks
sind somit nach innen verlaufend.
-
Als
Material lässt
sich ein Blech verwenden, das die äußere Kontur des Druckstückes wiedergibt. In
diesem Falle ist das Druckstück
innen hohl. Trotzdem lassen sich einzelne Schichten durch das Druckstück ziehen.
Die unterste Schicht ist dann die schmalste Schicht des I-förmigen Kerns
des Druckstücks.
Die nach innen verlaufenden Seitenwände des Druckstücks bilden
einen gewissen Sperrwinkel für
das Einstellen einer Entsperrkraft beim Gleichlauf zwischen Synchronring
und Schaltmuffe. In vielen typischen Getriebeauslegungen ist die
Schaltmuffe als Schiebemuffe gestaltet, so dass im Folgenden in
synonymer Verwendung von einer Schiebemuffe gesprochen wird, wenn
hierdurch auch eine reine Schaltmuffe gemeint ist.
-
Vorteilhaft
ist das Synchronisationsstück
aus einem zusammenhängenden
Blechteil durch Stanzen, Umformen, Umbördeln, Abwinkeln oder Abkanten
geschaffen worden. Durch diese Bearbeitungsschritte bilden sich
umgebördelte
oder abgerundete Kanten. Es entsteht ein flaches, längliches
Bauteil, in dessen ungefährer
Mitte ein Momentanpol eingestanzt sein kann. Nach einem weiteren
Ausgestaltungsbeispiel kann der Momentanpol auch in der Form einer
eingeprägten
oder tiefgezogenen Kappe vorhanden sein. In den räumlichen
Körper
des zusammenhängenden
Blechteils können
einzelne Wände,
die keine Funktion wahrnehmen, materialsparend ausgespart werden,
so dass ein räumlicher Körper entsteht,
bei dem einzelne Seiten und Abschnitte von Seiten nur teilflächig vorhanden
sind.
-
Ein
erfindungsgemäßes Synchronisationsdruckstück kann
zur Bildung einer Getriebesynchronisation zusammen mit einer Schiebemuffe,
einer Synchronnabe, einem Gangrad, einem Synchronring und einem
Kupplungskörper
aufgebaut werden, so dass sie alle Teile einer Servosynchronisation
bilden. Für
viele Teile können
langzeiterprobte Teile aus klassischen Getriebesynchronisationen
eingesetzt werden.
-
Im
Sinne der vorliegenden Erfindung wird von einer Servosynchronisation
gesprochen, wenn das Drehmoment der Antriebswelle oder der damit verbundenen
Bauteile vorteilhaft verstärkend
genutzt wird und hierdurch die notwendige, einzuleitende Kraft,
zum Beispiel über
die Schaltkraft, während
des Ansynchronisierens reduziert wird. Von einer Vollservosynchronisation
wird dann gesprochen, wenn die Energie aus der Schiebemuffe, insbesondere über eine
Nut, auf das Druckstück übertragbar
ist und aus dem daraus abgeleiteten entgegenwirkenden Drehmoment
auch das Entsperren erleichtert wird. Je nach Ausgestaltung des
I-förmigen
Stabes, der einen wesentlichen Teil des Synchronisationsdruckstückes darstellt,
handelt es sich um eine Servosynchronisation oder sogar um eine
Vollservosynchonisation. Bei einer Vollservosynchronisation über das
Druckstück gibt
es mehrere Kraft- und Drehmomenteinleitungsstellen bzw. -bereiche
in dem Synchronisationsdruckstück.
Im einfachsten Fall muss das Synchronisationsdruckstück zwei
Einleitungspunkte aufweisen. Eine reine Servosynchronisation, vorzugsweise
mit einem I-förmigen Druckstück, nutzt
im einfachsten Falle über
eine, sich in eine Extremität
erstreckende, Seitenwand ein Drehmoment.
-
Die
Getriebesynchronisation ist dadurch zu realisieren, dass das schwenkbewegliche
Synchronisationsdruckstück
eine nahezu punktförmige
oder linienförmige
Lagerung, vorzugsweise im mittleren Abschnitt des taillierten Bereiches,
aufweist, um die herum in radialer Umlaufrichtung der Nabe eine Schwenkbewegung
im Bezug auf die Antriebswelle, die unterhalb des Druckstückes liegt,
durchführbar ist.
Daneben ist das Synchronisationsdruckstück so gelagert, dass auch eine
horizontale Ausgleichsbewegung durchführbar ist. Die Lagerung hat
Einfluss auf die Freiheitsgrade des Duckstücks und die Gängigkeit
des Druckstücks.
-
Eine
Getriebesynchronisation kann so im Kraftfahrzeugbau umgesetzt werden,
dass das Synchronisationsdruckstück
mehrfach vorhanden ist. Die Synchronisationsdruckstücke werden
umlaufend nahezu gleichmäßig verteilt
innerhalb der Synchronisationseinheit angeordnet, damit die Servosynchronisationsanwendung
bzw. die Vollservosynchronisationsanwendung symmetrisch über die
gesamte Welle vorhanden ist. Nach einem Ausgestaltungsbeispiel können die
Getriebesynchronisationsdruckstücke zum
Beispiel in einem Abstand von 120° über dem Umlauf
der Synchronisationsnabe platziert sein, um an drei Stellen das
Drehmoment zu nutzen und gleichmäßig über den
Umfang anzusynchronisieren.
-
Zur
Schaffung einer Vollservosynchronisation kann die Schiebemuffe mit
einer radialen Nut, bei mehreren Synchronisationsdruckstücken dementsprechend
vielen radialen Nuten, zum Beispiel bei drei Synchronisationsdruckstücken also
mit drei längs
verlaufenden Nuten, ausgestattet sein, die insbesondere in ihren
Randbereichen einen Kegelwinkel aufweisen. In die radiale Nut reicht
ein Ende eines Zentralstiftes des Synchronisationsdruckstückes, damit
eine Krafteinleitung in die Schiebemuffe während des Sperrens zum Drehzahlangleich
zwischen Antriebswelle und Losrad und zum Entsperren bei Drehzahlgleichheit
ermöglicht
wird. Mittels des zentralen Stiftes bzw. einer Mittenerhöhung des
Druckstücks, entweder
einteilig oder auch zweiteilig ausgestaltet, wird die Schiebemuffe
verstärkend
in eine rotatorische Richtung, unter Nutzung des Drehmomentes, bewegt.
-
Wenn
das Synchronisationsdruckstück
als Vollservosynchronisationsdruckstück ausgestaltet ist, ist vorzugsweise
der Lagerungsstift, geeignet für einen
Nuteingriff, mittig in dem Druckstück angeordnet. Das Synchronisationsdruckstück greift
in eine Ausnehmung eines Außensynchronisationsrings
ein. Die Querstrecken des Synchronisationsdruckstückes sind
mit Schrägen
versehen. Das Servosynchronisationsdruckstück kann eine Ausgleichsbewegung
in radialer Richtung in Bezug auf den Außensynchronisationsring ausüben. Der Bewegungsablauf
ist in der Regel so gestaltet, dass zuvor eine Schwenkbewegung in
Richtung auf eine Ausnehmung der Nabe der Antriebswelle durch das
Druckstück
stattgefunden hat. Aufgrund der Schwenkbewegung wird das Drehmoment über das
Druckstück
durch die Nabe nutzbar gemacht.
-
Die
Ausnehmungen, die vorzugsweise am Außensynchronisationsring vorhanden
sind, können nach
einem Ausgestaltungsbeispiel keilförmig oder trapezförmig sein.
Während
des Sperrens in der Phase des Drehzahlangleiches zwischen dem Kupplungskörper und
dem Außensynchronisationsring greift
das Druckstück,
das zum Beispiel dreimal oder auch zum Beispiel fünfmal oder
sechsmal vorhanden sein kann, in die Ausnehmung am Außensynchronisationsring
ein. Wenn der Drehzahlangleich stattgefunden hat, also nach Abschluss
des Drehzahlangleiches, kann das jeweilige Druckstück in seiner
ihm zugeordneten Ausnehmung im entsperrten Zustand verharren und
hat keinen weiteren Einfluss.
-
Die
radiale Nut in der Schiebemuffe ist mit ihrem Kegelwinkel so gestaltet,
dass ein Ende des Zentralstiftes in der Synchronisationsphase vom Sperren
bis zum Entsperren durch das Druckstück, der zwischen dem Synchronring
und der Schiebemuffe stattfindet, zur Anlagerung und Kraftübertragung
kommt. Die Seitenfläche
an dem Synchronisationsdruckstück
ist in ihrer Geometrie bzw. in ihrer Oberflächenschräge so abgestimmt, dass der
Verlauf der Ausnehmung des Außensynchronisationsringes nachgebildet
ist. Vorzugsweise handelt es sich um eine Schräge, die durch einen Winkel
aus der Oberfläche
des Synchronisationsdruckstückes
bzw. aus der Oberseite des Synchronisationsdruckstückes nach
unten, auf die Welle zu, herausweist. Durch diese Gestaltung wird
die Reibungswirkung zwischen dem Druckstück und dem Außensynchronisationsring
an der Berührungsfläche mit
dem Ziel der leichteren Entsperrung reduziert. Die Entsperrbewegung, die
eine radiale Bewegung sein kann, wird während der Entsperrphase durch
die Lagerung des Druckstücks
günstig
beeinflusst.
-
Das
Druckstück
geht über
den Kernbereich, der eine Form des Großbuchstabens I hat, zum Beispiel
durch überstehende
Nasen hinaus. Die Nasen können
die Form eines Keils, eines Zylinders oder einer gelagerten Rolle
haben. Die Nasen sind also Extremitäten. Geeignete Extremitäten können in
axialer oder radialer Richtung, insbesondere am Rumpf des Druckstücks, vorhanden
sein. Die Nasen übernehmen
die Aufgabe des ersten Eingriffs in den Außensynchronring.
-
Das
Druckstück
kann abgeteilt von seinem Fuß auf
einem nachgiebigen Element gelagert sein. Das Element kann eine
Rastierlagerung sein. Die Anordnung mit einem nachgiebigen, zusammendrückbaren,
elastischen Element erlaubt eine leichte Hubbewegung des Druckstücks beim
Einfahren in die Schiebemuffennut. Ein nachgiebiges Element kann eine
Feder sein, insbesondere eine Spiral- oder Druckfeder, die in einer
sie horizontal umschließenden,
kolbenartigen Öffnung
in Spannrichtung geführt ist.
Die Führung
dient zur Höhenstabilisierung
der Feder. Der Fuß kann
weiterhin so gelagert sein, dass er in Antriebsrichtung eine verschiebliche
Längsbewegung
durchführen
kann. Die weiteren Bewegungsfreiheitsgrade des Druckstücks mit
sicherer Führung tragen
zur besseren Ausgleichsbewegung des Druckstücks beim Synchronisationsvorgang
bei.
-
Besondere
Merkmale des Synchronisationsverfahrens nach dem Vollsynchronisationsprinzip, vorzugsweise
mit erfindungsgemäßen Bauteilen, sind
die vorteilhafte Nutzung des Drehmomentes sowohl für die Reduktion
des notwendigen Sperrmomentes, wie auch die Reduktion der notwendigen Entsperrkraft.
Durch die konstruktive Gestaltung des Druckstückes und seiner Lager- und
Berührungsstellen
kann die Sperrsicherheit des Druckstückes eingestellt werden. Bei
einer Vollsynchronisation hat eine erfindungsgemäße Ausführungsform eine Schiebemuffe
mit wenigstens einer Nut, vorzugsweise drei oder fünf Nuten,
ein Druckstück,
oder auch mehrere Druckstücke,
und eine Wellennabe mit einer entsprechenden Anzahl Ausnehmungen
für die
einzelnen Druckstücke.
Wird zum Beispiel ein I-förmiges
Druckstück
mittig mit einem Eingriff in die Nut geführt, so lässt sich die Entsperrkraft
und die Synchronisationskraft in gleichem Maße gegenüber Druckstücken ohne Servosynchronisation
reduzieren. Es soll kein Entsperren vor Erreichen der Drehzahlgleichheit
gegeben sein. Durch die konstruktive Einstellung von Parametern,
die sich aus der Oberflächenform
und -struktur ergeben, lässt
sich eine Sperrsicherheit von größer als
1 einstellen.
-
Die
Schaltkraft, das ist die von Außen,
zum Beispiel über
das Schaltgestänge,
aufgebrachte Kraft, an der Synchronisationseinheit wird während des
Synchronisationsverfahrens verstärkt.
Es ist durch die Abmessungen des Druckstücks, durch die Nut in der Schiebemuffe,
durch den oder die Radien der Servoschrägen, und durch den Konusradius
der Synchronisation ein geeigneter Verstärkungsfaktor einstellbar. Der
Verstärkungsfaktor
bezieht sich sowohl auf die Sperrkraft als auch auf die Entsperrkraft. Es
wird das Synchronmoment oder das Reibmoment genutzt. Die Schaltkraft
ist niedriger als die für
die Synchronisierung aufgebrachte Kraft.
-
Mit
einem erfindungsgemäßen Synchronisationsdruckstück in Doppelhammerform
mit überstehenden
Stielen, auch als I-Form mit Nasen beschrieben, schwenkbeweglich
gelagert um einen mittleren Lagerpunkt, im Eingriff stehend, in
Abhängigkeit
der jeweiligen Schwenklage, sowohl mit einer Ausnehmung in der Nabe
als auch an einer Schräge
in der Nut der Schiebemuffe, lässt
sich die Schaltkraft, die notwendig für die Synchronisierung ist,
reduzieren. Das führt
dazu, dass insbesondere in den unteren Gängen, die Anzahl der Synchronisationskonen
reduziert werden kann. Die Erfindung bricht mit der weithin beobachteten
Tendenz, die notwendigen Schaltkräfte dadurch zu realisieren,
dass mehr und mehr Synchronisationskonen verwendet werden. Statt
zwei oder drei Synchronisationskonen bei einem ersten oder zweiten
Gang eines Kraftfahrzeughandschaltgetriebes verwenden zu müssen, kann eine
Synchronisationseinheit nach der vorliegenden Erfindung mit einem
vollservofähigen
Druckstück
nur mit einem Konus auskommen. Vorteilhaft ist ein leichtes, einfach
zu fertigendes Druckstück,
wie zum Beispiel ein mehrfach umgeformtes Blechstück. Anhand der
Geometrien und der Winkel werden die Servowirkung, die notwendige
Schaltkraft und das zu nutzende Drehmoment eingestellt. Durch die
gewählten
geometrischen Abschnitte an dem Synchronisationsdruckstück und den Übergängen zwischen
dem Synchronisationsdruckstück
und den an ihm angelagerten bzw. in Berührung stehenden Bauteilen,
wird je nach Wahl die Sperrsicherheit, der Verstärkungsfaktor und die Selbsthemmungssicherheit
eingestellt. So kann eine geometrische Paarung gewählt werden, durch
die die Sperrsicherheit im gleichen Maße wie der Servoverstärkungsfaktor
steigt.
-
Die
Entsperrkraft für
den Teil des Stiftes, der in der unten liegenden Nut der Schiebemuffe,
also auf der Innenseite der Schiebemuffe vorhandenen Nut, eingeführt ist,
ergibt sich aus der Schaltkraft in Abhängigkeit der Anlagefläche, die über einen
Berührwinkel
einstellbar ist. Die Servoverstärkung
ergibt sich aus der Servokraft zuzüglich der Schaltkraft, und
bildet ein Verhältnis
zur Schaltkraft, wobei solche Faktoren wie der Konusradius, der
Reibkoeffizient, die Anzahl der Reibflächen, der Radius des Keilkontaktes
und der Öffnungswinkel
des Außensynchronrings
in das Verhältnis
Eingang finden. Eine ausreichende Sperrsicherheit (S > 1) ist dann gegeben, wenn
die auf das Druckstück
wirkenden Kräfte,
die von der Mitte der Welle nach außen an dem Druckstück wirken,
größer sind
als die Krafteinwirkung in die entgegengesetzte Richtung, d. h.
von außen,
also von oben, auf das Druckstück,
so dass es keine nach unten gerichtete Ausweichbewegung durchführen kann.
Die Sperrsicherheit steht in direkter Abhängigkeit des Verstärkungsfaktors.
Der Verstärkungsfaktor wird
so eingestellt, dass das Reibmoment und das Servomoment nahezu oder
tatsächlich
identisch sind. Das Servomoment ist proportional zur Tangentialkraft
des Radius der Servobewegung. Der Verstärkungsfaktor lässt sich über den
Kontaktwinkel einstellen. In dem Verstärkungsfaktor geht direkt proportional
der Radius der Servoschräge
und der gewählte
Konuswinkel ein. Ebenfalls muss beim Verstärkungsfaktor die Reibflächenanzahl
und der Reibkoeffizient, durch das Reibmaterial hervorgerufen, erhöhend (weil
im Nenner zu berücksichtigen)
berücksichtigt
werden. Die Selbsthemmungssicherheit ergibt sich aus den geometrischen
Verhältnissen
des Radius der Servoschräge
zum Konusradius, wobei trigonometrische Faktoren der Reibung des
Kontaktwinkels und des Konuswinkels in die Selbsthemmungssicherheit
Eingang finden. Das Verhältnis
wird so eingestellt, dass keine Synchronisation von selbst (SS > 1) auftreten kann.
In das Reibmoment geht sowohl die Schaltkraft als auch die Servokraft
ein. Weitere Faktoren des Reibmomentes sind der Konusradius und
die Eigenschaft der Koni als auch der Konuswinkel. Durch die Wahl
der Berührungsschrägen, der
Berührungsflächen und
des Reibkoeffizienten lassen sich die Tangential- und Vertikalkräfte zwischen
Außensynchronring,
Druckstück
und Schaltmuffe mit Nut durch den Konstrukteur einer erfindungsgemäßen Getriebesynchronisation
beliebig einstellen, wobei bei der geometrischen Paarung das Drehmoment
der Synchronisationseinheit vorteilhaft genutzt wird.
-
Somit
lässt sich
durch vorliegende Erfindung der Schaltkomfort während der Synchronisation erhöhen, während die
zu verwendenden Teile leicht zu fertigen und leicht zu montieren
sind. Es entfallen zum Beispiel Zahnkränze innerhalb der Synchronisierung.
Auch mit weniger Kraft, wobei weniger Haken im Getriebe auftritt,
lassen sich große
Drehmomente über
eine erfindungsgemäße Synchronisation übertragen.
-
Die
vorliegende Erfindung kann noch besser verstanden werden, wenn Bezug
auf die folgenden Figuren genommen wird, wobei
-
1 ein
erstes Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Druckstücks zeigt,
-
die 2 und 3 ein
alternatives Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Druckstückes zeigen,
-
4 den
Eingriff eines Druckstücks
in den Synchronring zeigt,
-
5 eine
alternative Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Druckstücks als Blechstück zeigt,
-
6 ein
als Voll-Serodruckstück
funktionierendes alternatives Druckstück zeigt,
-
7 eine
weitere Alternative eines erfindungsgemäßen Druckstücks mit einem verstärkten Entsperrwinkel
zeigt,
-
8 eine
mögliche
Umsetzung eines Druckstücks
nach 7 zeigt,
-
die 9 bis 11 eine
weitere Alternative eines erfindungsgemäßen Druckstücks aus unterschiedlichen Perspektiven
zeigen,
-
12 bis 14 eine
weitere Alternative eines erfindungsgemäßen Druckstücks aus unterschiedlichen Perspektiven
zeigen,
-
die 15 und 16 ein
eingebautes Druckstück
unterhalb einer Schiebemuffe zeigen,
-
17 ein
eingebautes Druckstück
unterhalb einer Schaltmuffe zeigt,
-
18 ein
eingeschwenktes Druckstück
im Betrieb zeigt,
-
19 eine
weitere Eingriffsgestaltung in einen Synchronring zeigt,
-
20 einen
weiteren Eingriff in einem Synchronring zeigt,
-
21 einen
weiteren Eingriff in einen Synchronring zeigt,
-
22 ein
verbautes Druckstück
in einer geschnitten Synchronisationseinheit zeigt,
-
23 ein
ballig ausgeführtes
Druckstück zeigt,
-
24 eine
Alternative eines weiteren ballig ausgeführten Druckstückes zeigt,
-
25 ein
ballig ausgeführtes
Druckstück im
eingebauten Zustand zeigt,
-
26 die
ballige Berührungsstelle
zwischen Druckstück
und einem Synchronring zeigt,
-
27 ein
Druckstück
mit Rastierelement zeigt,
-
28 ein
eingeschwenktes Druckstück nach 27 zeigt,
-
29 ein
eingebautes Druckstück
mit Rastierelement zeigt,
-
30 ein
längsbewegliches
Druckstück
mit Rastierelement zeigt,
-
die 31 bis 34 ein
erfindungsgemäßes Druckstük in der
Neutralstellung aus unterschiedlichen Blickwinkeln zeigen,
-
die 35 bis 38 ein
erfindungsgemäßes Druckstück in der
Sperrphase zeigen, und
-
39 den
Aufbau in 3D-Darstellung mit mehreren erfindungsgemäßen Druckstücken zeigt.
-
1 stellt
ein erfindungsgemäßes Druckstück 50 in
Schwenkbewegung in der Synchronnabe 27 dar, wobei die einzelnen
Konturen des Druckstückes
soweit reduziert worden sind, dass besonders bemerkenswerte Bereiche 61, 63, 65, 67 und 55, 57 deutlicher hervortreten
können.
Bekannterweise ist eine Getriebesynchronisation 1 nach
einer üblichen Ausgestaltung
mit einem Losrad 29, einem ersten Außensynchronisationsring 9 mit
entsprechend vielen Sperrverzahnungen 41 und einer Welle 31 aufgebaut.
Die Synchronisationseinheit 1 stellt dabei sicher, dass
ein Gleichlauf zwischen Losrad 29 und Welle 31 nach
dem Einsynchronisieren erwirkt wird. Der Synchronisationsvorgang
erfolgt unter Zuhilfenahme eines Druckstücks 50. Das Druckstück 50, das
auch mehrfach über
den Umfang in Umlaufrichtung U der Synchronisationseinheit einer
Getriebesynchronisation 1 vorhanden sein kann, ist in einer Ausnehmung 39 der
Synchronnabe 27 so platziert, dass es schwenkbewegliche
Anlagerungen mit einer Seite in einem Eckbereich 61, 63, 65, 67 durchführen kann.
Die Schwenkbewegung S erfolgt durch ein horizontales Abwinkeln in
der Umlaufrichtung U der Synchronnabe 27. Zum Abwinkeln
und Anlagern des Druckstücks 50 im
Bereich der Ausnehmung 39 an der Synchronnabe 27 ist
das Druckstück 50 mit
einer geeigneten Lagerung 51 im mittleren Bereich 71 versehen.
Die Lagerung 51 im mittleren Bereich 71 des Druckstücks 50 kann
zum Beispiel eine punktförmige Lagerung
sein, so dass ein jeweiliger Eckbereich 61, 63, 65, 67,
wobei die Eckbereiche quadratisch auf dem Druckstück verteilt
sind, in Anlagerung an eine jeweilige Ausnehmung 39 der
Nabe 27 bringbar ist, um eine Sperrphase PI durchzuführen. Das
Druckstück 50 weist
deswegen wenigstens eine Synchro-Servo-Schräge 107 auf, die auch
in allen Eckbereichen 61, 63, 65, 67,
also viermal, vorhanden sein kann. Das Druckstück 50 sieht blockartig
aus. Das Druckstück 50 weist
einen zusammenhängenden Bereich
auf. Das Druckstück 50 ist
in seinem mittleren Bereich 71 taillierter als in den sich
aufweitenden Bereichen, dort, wo die Eckbereiche 61, 63, 65, 67 vorhanden
sind. Die Eckbereiche 61, 63, 65, 67 schaffen
Querstrecken 55, 57, die in einem nahezu rechten
Winkel α1, α2 zur Längsachse
des Druckstücks 50 stehen.
Der Rumpfbereich des Druckstücks
endet somit im Bereich der Synchro-Servo-Schräge 107, das Druckstück 50 kann
fortgesetzt werden. Das Druckstück 50 hat
in seinem Rumpfbereich eine I-Form. Das Druckstück 50, das nach einer Ausgestaltung
flächig
und in seitlicher Betrachtung schmal aufgebaut ist, kann weiterführende Nasen 85 haben.
Im Bereich der Mitte 71 und im Bereich der Nase 85 ist
das Druckstück 50 schmaler
als im Bereich der ersten oder zweiten Querstrecke 55, 57. Von
der Mitte aus startend, dort, wo sich ungefähr die Lagerung 51 des
Druckstücks 50 befindet,
weist das Druckstück 50 zwei
parallele Seiten auf, die durch Schrägen 107 im Endbereich
des Rumpfes auseinander laufen, um die Querstrecken 55, 57 zu
bilden. Das Druckstück 50 hat
eine solche Länge,
dass die Nasen 85 über
die Breite B der Synchronnabe 27 hinaus ragen. Die Getriebesynchronisation 1 weist eine
Abtriebsrichtung R auf. In einer Neutralstellung fällt die
Zentralachse des Druckstücks
mit der Abtriebsrichtung R in paralleler Richtung zusammen. Während der
dargestellten Sperrphase PI schwenkt das Druckstück 50 über die
Schwenkbewegung S aus dieser Richtung aus und die Zentralachse Z
wird verlassen. Das Druckstück 50 berührt in diesem
Falle über
die Synchro-Servo-Schräge 107 die
Synchronnabe 27. Das Druckstück 50 kann somit in
seiner Ausnehmung durch eine in der Umlaufrichtung der Antriebswelle
folgenden Schwenkbewegung das Drehmoment aus der Rotationsbewegung
des Getriebes vorteilhaft verstärkend
beim Ansynchronisieren von der Synchro-Servo-Schräge 107 auf
eine Extremität 85 umsetzend
nutzen.
-
Die 2 und 3 zeigen
eine alternative Ausführungsform
eines im Wesentlichen I-förmigen Druckstücks 150,
einmal in der Sperrphase PI gemäß 3 und
einmal in der Neutralstellung PII nach 2. Beiderends
des Druckstücks 150 sind
die Endbereiche 81, 83 durch Nasen 85 abgeschlossen. Zwischen
den Endbereichen 81, 83 befindet sich der mittlere
Bereich 71, der aber nicht den gesamten Bereich des Druckstücks 150 ausfüllt, sondern
zwischen den Nasen 85 und dem mittleren Bereich 71 sind
noch die erste und zweite Querstrecke 55, 57 vorgesehen.
Im mittleren Bereich 71 gibt es ein mittleres Teil 73,
das zylinderförmig
bzw. um einen Momentanpol 93 herum als Lagerbereich für das Druckstück 150 angeordnet
ist. Das Druckstück
weist somit einen inneren Bereich 77 und einen äußeren Bereich 75 auf.
Wird die Oberfläche
im äußeren Bereich 75 abgefahren,
so gibt es eine Kreisform, an die sich eine Kreuzform anschließt. Das
Druckstück
sieht somit wie ein Doppelkreuz mit unterlegtem Zylinder aus. Das
Druckstück 150 ist
in der Synchronnabe 27 platziert. Aufgrund seiner Lagerung
im Bereich der Momentanpols 93 kann das Äußere des
Druckstücks 150,
die Außenseite 75,
in die Ausnehmung 39 der Synchronnabe 27 eingreifen.
Durch die Anlage des Synchronstücks 150 mit
einer seiner Schrägen
bildet sich die Synchro-Servo-Schräge 107,
die besonders gut in der Sperrphase PI zu sehen ist. Wie durch die Pfeile
dargestellt, bewegt sich durch die Schwenkbewegung S das Druckstück 150 aus
seiner Abtriebsrichtung R, die mit der Wellenabtriebsrichtung übereinstimmt,
seitlich, in Umlaufrichtung U heraus, und schafft so die Anlage
mit Servowirkung in eine Richtung. Die Lagerung des Druckstücks erlaubt
es neben einer Schwenkbewegung S eine radiale Bewegung W durchzuführen. Die
Synchronringe 7, 11 weisen wenigstens eine Ausnehmung 33 auf,
in die eine Nase 85 eingreifen kann. Wie üblich sind
die Synchronringe 7, 11 mit Sperrverzahnungen 41 ausgestattet.
Unterhalb des Momentanpols 93 kann zur Lagerung ein Lagerungsstift 53 von
der Wellenmitte weggerichtet nach außen weisen, auf dem das Druckstück 150 dreh-,
schwenk- und radialbeweglich lagert. Die Ausnehmung 39 ist
zum ersten Synchronring 7 und zum zweiten Synchronring 11 bei
einer Doppelsynchronisierung vorhanden. Das Druckstück 150 pendelt
aufgrund des Drehmomentes und des Synchronvorganges zwischen der
Sperrphase PI und der Neutralstellung PII drehbeweglich hin und her,
wobei zwischen einer parallelen Stellung zur Abtriebsrichtung R
und einer ausgelenkten Stellung gewechselt werden kann.
-
In 4 ist
zu sehen, wie die Nase 85 in eine der Ausnehmungen 33,
zum Beispiel des zweiten Synchronrings 11, eingreifen kann,
und dabei einen gewissen Abstand 95 zu einer Seite der,
in seinen absoluten Abmessungen betrachtete, Synchronringausnehmung
wahrt. Es wird ein Abstand zu der Seite gewahrt, der von der Seite
der genutzten Servo-Synchro-Schräge 107 (nicht
dargestellt) entfernter steht.
-
In
der 5 ist das in den 2 und 3 von
oben dargestellte Druckstück 150 als
Blechausführung
alleinstehend dargestellt, es ist ein zusammenhängendes Blechteil, das durch
mehrfaches Biegen, Umbördeln
oder Umkanten, je nach durchgeführten
Herstellprozess, seine endgültige
Form erlangt hat. Von der Oberfläche
her betrachtet weist das Druckstück 150 zwei
parallele Längskanten 91 auf,
die im Bereich des Momentanpols 93 bauchartig auseinander
laufen. Der Momentanpol 93 befindet sich im mittleren Teil 73 des
Druckstücks 150.
Im Bereich der Endbereiche 81, 83 ist das Blech
bauchig umgebogen, um die Nasen 85 zu bilden. Die Eckbereiche 61, 63, 65, 67 sind
durch starkes Abkanten unterhalb der Kante 91 so gebildet,
dass das Äußere 75 des
Druckstücks 150 die
Synchro-Servo-Schräge 107 jeweils
an der seitlichen Oberfläche
aufweist. Die Synchro-Servo-Schräge 107 endet
an der breitesten Stelle der Querstrecke 55, 57,
an denen die Seiten nach innen abgewinkelt umgeklappt sind. Von
den Nasen 85 abgesehen weist das Druckstück 150 also zwei
Seitenwände
auf, von denen in der 5 die erste Seitenwand unterhalb
der Kante 91 zu sehen ist. Das Druckstück 150 ist insgesamt
flach. Das Druckstück 150 ist
unterhalb der Oberfläche
hohl. Das Druckstück 150 hat
vier seitlich, abgewinkelte, schräg hinausgehende Arme, die auch
wie Ohren aussehen können,
deren Schrägen
mit den Synchro-Servo-Schrägen übereinstimmen.
-
Ein
weiteres erfindungsgemäßes Druckstück 250 ist
in 6 dargestellt, das auf den Innenseiten 79, 79' der Querstrecken 55, 57 die
Schrägen
für die Synchro-Servo-Schräge 107 aufweist.
Die Schräge 79' ist eine mehrfach
verwinkelte Schräge,
so dass die einzelnen Schrägen
sich überlagern.
Eine Schrägenrichtung
erstreckt sich von dem mittleren Teil auf die Querstrecke. Eine
Schrägenrichtung
erstreckt sich von der Oberfläche
auf die Unterfläche.
-
Somit
ist die Schräge 79' nicht nur eine
Ebene im Raum mit nur einem Raumwinkel gegenüber dem I-Druckstück, sondern
mit zwei Raumwinkeln. Der Grundriss des Druckstücks 250 ist wiederum schmetterlingsartig
mit zwei Nasen 85, wie die Druckstücke 50 der 1 bzw. 150 der 2 und 3. Das
Druckstück
nach 6 unterscheidet sich von dem zuvor dargestellten
Druckstück 150 in
seinem mittleren Bereich 71, in dem ein mittleres Teil 73 als Muffenbetätigungselement,
insbesondere in der Form eines Querelementes 101, aus der
Oberfläche des
Druckstücks 250 herausragt.
Weiterhin ist eine Reibungsneutralisatorfläche 103 in Richtung
auf die Nasen 85 bzw. am Ende des Rumpfbereiches, dort wo
die Querstrecken 55, 57 verlaufen, vorgesehen. Das
Druckstück
nach 6 weist somit vier Synchro-Servo-Schrägen an seinen
Außenbereichen 75 auf
der Innenseite 79, 79' und daneben zwei weitere Schrägen als
Reibungsneutralisatorflächen 103 auf.
-
Die
Funktionsweise der Reibungsneutralisatorfläche 103 lässt sich
leichter aus den 7 und 8 verstehen.
Der Reibungsneutralisator weist einen Winkel ε, einen Sperrwinkel, auf, der
mit dem Winkel des Außensynchronisationsrings 9 im
Bereich seiner Ausnehmung übereinstimmt.
Der Winkel ε wird
von der Senkrechten, die vorzugsweise im rechten Winkel zur Nase 85 steht,
abgetragen. Der Winkel ε kann
durch den Synchronisationsdruckstückentwickler nach den oben
aufgeführten
mathematischen Beziehungen frei eingestellt werden. Der Winkel ε steht im
rechten Winkel zur Oberfläche 109 des Druckstücks, aus
dem die Mittenerhöhung 97 hinausragt.
Die Mittenerhöhung 97 ist
für den
Nuteneingriff 99 in die Schiebemuffennut 105 der
Schiebemuffe 15 bestimmt, um ein Muffenbetätigungselement
zu bilden. Sowohl auf der ersten Seitenwand 87 als auch auf
der zweiten Seitenwand 89 des Druckstücks befindet sich jeweils wenigstens
eine Synchro-Servo-Schräge 107,
die auf der Innenseite 79 der Querstrecke durch die Kante 91 begrenzt
angeordnet ist. Die Endbereiche 81, 83 haben also
eine viel- oder mehrschichtige Gestalt, sie sind mit unterschiedlichen
Schrägen,
der Sperrwinkelschräge
durch den Sperrwinkel ε und
der Synchro-Servo-Schräge 107 auf
längs-
und querverlaufenden Abschnitten ausgestattet. Das Druckstück sieht
wie mehrfach überlagerte
verkürzte
Stäbe aus,
aus dessen obersten Stab ein Griffelement für die Schiebemuffennut 105 als Muffenbetätigungselement 101 herausragt.
-
Eine
weitere Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Druckstücks ist in den 9 bis 11 zu
sehen. 9 ist eine Seitenansicht. 10 ist
eine räumliche
Ansicht von schräg
oben auf das Druckstück
und 11 zeigt das Druckstück von oben. Das Druckstück 350 wirkt massiver
aufgrund seines Fußes 211,
der trapezartig über
die Länge
des Druckstücks
abzüglich
der äußeren Abschnitte
der Endbereiche 81, 83 ausgestaltet ist. Die Form
des Fußes 211 erlaubt
eine kipp- oder schwenkbewegliche Seitenbewegung des Druckstücks bei
gleichzeitig fester Lagerung. Aus der Oberfläche 109 des Druckstücks reicht
eine Mittenerhöhung 97 hervor,
die an ihren zu den Seitenflächen 87, 89 hinweisenden
Abschnitte Kippschrägen 113 aufweist.
Die Mittenerhöhung 97 dient
als Muffenbetätigungselement 101.
Beabstandet von der Mittenerhöhung 97 in
Richtung auf die Randbereiche bzw. Endbereiche 81, 83 weisen
die Synchro-Servo-Schrägen 107 vom
schmaleren inneren Teil des Druckstücks 350 nach außen, um
die Querstrecken zu bilden. Die Seitenwände 87, 89 (89 ist
nicht zu sehen) sind zusammenhängende
Wände mit
randlings angeordneten Schrägen
für die
Synchro-Servo-Schräge 107.
Zum Abkippen des Druckstücks
ist der Druckstückfuß 211 ebenfalls
schräg
verlaufend. Der Fuß 211 fächert in
Richtung auf die Mittenerhöhung 97 auf.
-
Eine
weitere Gestaltung eines erfindungsgemäßen Druckstücks 450 ist den 12, 13, 14 zu
entnehmen. Das Muffenbetätigungselement 101 in
Form einer Mittenerhöhung 97 weist
nur Schrägen
zu den jeweiligen Endbereichen des Druckstücks 450 auf. Die Seitenwand 87 erstreckt sich
von dem Muffenbetätigungselement 101 bis
zum schräg
zulaufenden Druckstückfuß 211.
Die Mittenerhöhung 97 ragt
als – zum
Druckstück 450 quer
verlaufende – niedrige
Erhöhung
zwischen den Endbereichen 81, 83 vom Druckstückfuß 211 weg.
-
In
den 15 und 16 kann
gesehen werden, wie ein Druckstück 450,
das mit einem Druckstückfuß 111 im
unteren Teil, an der auf die Antriebswelle 5 hinweisenden
Seite im eingebauten Zustand unterhalb einer Schiebemuffe, ausgestattet
ist, aussieht. Die Umrisse des Druckstücks 450 sind dargestellt.
Die exakten Schrägen
des Druckstückfußes 111 und
der Mittenerhöhung 97 sind
nur angedeutet. Die Winkel der Schrägen bzw. die exakte Ausgestaltung
der Oberfläche
der Synchro-Servo-Schräge 107 (nicht
dargestellt), der Mittenerhöhung 97 und
der Oberfläche
des Druckstückfußes 311 obliegt
dem Konstrukteur, indem er die Betätigungswinkel, zum Beispiel
den Sperrwinkel ε oder
den Winkel der Synchro-Servo-Schräge einstellt, ohne über das
Maß der vorliegenden
Erfindung hinaus erfinderisch tätig
werden zu müssen.
An dem Druckstück 450 im
Bereich einer der beiden Endbereiche 81, 83 schließt sich
der Außensynchronisationsring 9 an,
der, wie üblich,
mit einem Kupplungskörper 25 durch
eine Synchronisationsschräge
den gegenseitigen Synchronisationsbremsvorgang durchführen kann.
Das Druckstück 450 liegt
oberhalb der Getriebewelle 31. An der höchsten Stelle des Druckstücks 450 ist
die Mittenerhöhung 97,
die in die Schiebemuffe 15 anstelle der Schiebemuffennut 105 eingreift.
Durch den Eingriff kann der Außensynchronisationsring 9 (bzw.
jeder beliebige Synchronisationsring) durch Nutzung des Drehmomentes
ausgerichtet werden. Wie aus den 15 und 16 zu
entnehmen ist, zeichnet sich die vorliegende Erfindung unter Anderem
dadurch aus, dass auf die Verzahnung des Synchronringes verzichtet
werden kann. Trotzdem ist mit einem verzahnungsfreien Synchronring
eine effektive Synchronisierung möglich.
-
In 17 ist
ein weiteres Druckstück 550 dargestellt,
das mit einer Schaltmuffe 17 einen Synchronring 9 als
Außensynchronisationsring
und einem Kupplungskörper 25 in
einer Synchronnabe 27 zusammenwirken kann. Oberhalb des
Druckstückfußes 11 im
Bereich eines Endes ist eine Reibungsneutralisatorfläche eines
Reibungsneutralisators 103 vorgesehen, dessen Schräge auf die
Schräge
des Außensynchronisationsrings
abgestimmt ist. Der Außensynchronisationsring
hat eine Schräg
dort, wo er in Berührung
mit dem Druckstück 550 geraten
kann. Der Reibungsneutralisator 103 ist mit einem identischen
Winkel in umgekehrter Richtung wie der Synchronisationsring 9 ausgestattet.
-
In 18 ist
ein erfindungsgemäßes Druckstück 450 in
der Sperrphase PI zwischen der Synchronnabe 27, auf der
Antriebswelle 5 sitzend, dargestellt. Der Kupplungskörper 25 weist
Verzahnungen auf. Jedoch muss der Synchronring 7 nach dem
Ausführungsbeispiel
der 18 keine Verzahnungen mehr haben. Dort, wo der
Nuteneingriff 99 endet, gehen die Eckbereiche 61, 63, 65, 67 nach
außen
auseinander, um eine erste und zweite Querstrecke 55, 57 zu
bilden. Die Schrägen
an den Seitenflächen
des Druckstücks 450 sind
auf die Ausnehmung 39 der Synchronnabe 27 abgestimmt,
die Ausnehmung 39 kann beiderseits der Synchronnabe, beiderseits
des Druckstücks 450 vorgehalten
werden. Der Synchronring 7 weist wenigstens eine Ausnehmung 33 aus,
in die das Druckstück 450 einfahren
kann. Das Druckstück
ist so gelagert, dass es eine Schwenkbewegung S in Umlaufrichtung
U durchführen
kann, wobei auf der Oberfläche 109 des
Druckstück 450 die
Breite B der Synchronnabe 27 so abgestimmt ist, dass das Druckstück 450 über die
Breite B hinausragend in die Ausnehmung 33 des Synchronrings 7 eingreifen kann.
-
In
den 19, 20, 21 werden
unterschiedliche Eingriffe eines Druckstücks für den Eingriff zwischen dem
Synchronring 207 dargestellt. Auch ist der Druckstückfuß 211, 311 unterschiedlich ausgeführt, wichtig
bei einem solchen kompakten, länglichen
Druckstück
mit Mittenerhöhung 97 ist
eine solche Anordnung, dass das Druckstück schwenkbeweglich gelagert
ist. Daher ist der Druckstückfuß 311 halbrund
ausgestaltet. Der Druckstückfuß 211 ist
trapezförmig
Eine weitere Möglichkeit
des Druckstückfußes besteht
in einer runden abrollbaren, zum Beispiel nagelgelagerten Rolleneingriffsmöglichkeit 411 zwischen
dem Synchronring 207. Die Rolle 115 nach 21 ist
am Ende des Druckstückfußes 411 angeordnet.
Die Rolle kann in der Ausnehmung des Synchronringes eingreifen und
dort abrollen.
-
In 22 ist
eine erfindungsgemäße Synchronisationseinheit
dargestellt, die oberhalb einer Antriebswelle 5 mit ihrer
Synchronnabe 27 und dem dort dazwischen angeordneten Synchronisationsdruckstück 450 unterhalb
einer Schiebemuffe 15 platziert ist. Die Schiebemuffe 15 ist
mit einer Muffeninnenverzahnung 19 ausgestattet, damit
sie in der Synchronnabe laufen kann. Ein Nuteneingriff 99 ist
ungefähr
in der Mitte des Druckstücks 450 angeordnet, damit
er die Schiebemuffe 15 Untergreifen kann. Die Schiebemuffennut
ist auf die Lage der Druckstückerhöhung abgestimmt.
-
In 23 ist
ein erfindungsgemäßes Druckstück 750 dargestellt,
das in der 24 als Druckstück 750' leicht variiert
dargestellt ist. Anstelle von geraden Kanten sind ballig arrangierte
Oberflächen an
Kontaktstellen zum besseren Einrollen vorgesehen. Das Berührverhalten
wird hierdurch gesteigert, jedoch ist der Fertigungsaufwand des
Druckstücks gesteigert.
Die Eckbereiche 61, 63, 65, 67 des
Druckstücks 750 nach 23 sind
oberhalb der jeweiligen Querstrecke 55, 57 ballig
abgeschlossen, während sie
auf der Innenseite 79 ihre schon zuvor dargestellte Synchro-Servo-Schräge aufweisen.
Die Mittenerhöhung 97 kann
entweder mit parallelen Kanten im mittleren Bereich 71 (23)
realisiert werden oder mit ballig ausgeführten Mittenerhöhungskanten 97' (24).
-
Wie
ein Druckstück 750 nach 23 zu
verbauen ist, ist der 25 zu entnehmen. Die 25 zeigt
den oberen Bereich mit Schiebemuffe 15 und Muffeninnenverzahnung 19.
Die Nabe weist eine Ausnehmung 39, vorzugsweise mehrere
Ausnehmungen 39, auf, in die das Druckstück 750 einkanten kann.
Die Schiebemuffe 15 ist mit einer unten liegenden, auf
der Innenseite vorgesehenen, Schiebemuffennut 105 ausgestattet,
in die die Mittenerhöhung 97 als
Nuteneingriff 99 eingreifen kann, damit das Druckstück 750 als
Muffenbetätigungselement
unter Anderem eine Ausrichtung der drehenden Teile durchführen kann.
Die Mittenerhöhung 97 ist
ballig ausgestaltet, so dass sie einen Ballenrand 117 an
der Oberfläche
zeigt. 25 zeigt einen Teil der Servosynchronisationseinheit 3,
die aus einem Gerät
zur Getriebesynchronisation eine Voll-Servosynchronisierungseinheit
schaffen kann.
-
Wie
in 26 dargestellt, können bei einem Druckstück 750'' auch weitere Oberflächen ballig ausgeführt werden,
so zum Beispiel die Fläche
des Stücks 111,
die mit dem Synchronring 7 in Eingriff stehen soll. Das
Druckstück 750'' ist in seiner Breite schmaler
als die für
ihn vorgesehene Ausnehmung in dem Synchronring 7.
-
Die
zuvor dargestellten Druckstücke
können zur
Erzeugung einer weiteren Bewegungsrichtung mit einer Rastierfeder 119 zur
Erleichterung einer Hubbewegung H wie in 27 dargestellt
ausgestattet werden, um zu einem Druckstück nach 650 zu gelangen.
Die Rastierfeder 119 befindet sich unterhalb der Mittenerhöhung 97 auf
der Unterseite. Die Rastierfeder weist in die entgegengesetzte Richtung
zur Mittenerhöhung 97.
Die Rastierfeder 119 befindet sich in einer kolbenartigen
Umschließung
im Bereich des Druckstückfußes 211.
Die Rastierfeder erleichtert je nach Auslegung ebenfalls die Schwenkbewegung
S des Druckstücks 650,
so wie in 28 dargestellt. Die Rastierfeder 119 stellt
eine Verbindung zwischen Druckstück 650 und
Lagerung der Rastierung her. Die Rastierlagerung 651 des
Druckstücks 650 liegt
in der Synchronnabe 27.
-
Zur
Verständnisförderung
ist die prinzipielle Darstellung aus 27 in
den 29 und 30 auf
zuvor dargestellte Einbauvarianten umgesetzt worden. Die Schaltmuffe 17 (29)
kann als Schiebemuffe 15 ausgestaltet sein. Ein Außensynchronisationsring 9 kann über einen
Kupplungskörper 25 die
Synchronisierung zu einem Losrad 29 von einer Getriebewelle 31 unter
Nutzung des Druckstücks 650 herstellen.
Die Rastierfeder 119 drückt
das Druckstück
mit seiner Mittenerhöhung 97,
die als Muffenbetätigungselement
in Querrichtung arbeitet, in den Nuteneingriff 99 der Schaltmuffe.
Wird die Schaltmuffe bewegt, so kann durch die federnde, ausweichende
Lagerung des Druckstücks 650,
zum Beispiel durch die Rastierfeder 119, das Druckstück eine
Ausweichbewegung durchführen.
Bei einer Schiebemuffe 15 nach 30 sind
vorteilhaft Muffeninnenverzahnungen 19 vorgehalten. Das
Druckstück 650 nach 30 liegt
in einer Schieberille 121, um längsbewegliche Ausgleichsbewegungen
auf den Außensynchronisationsring 9 hin
und von dem Außensynchronisationsring 9 weg
durchführen
zu können.
Der Druckstückfuß 511 des
Druckstücks 611 ist
zweigeteilt ausgeführt.
Zwischen seinen Teilen liegt die Rastierfeder 119. Der
Druckstückfuß kann in
der Synchronnabe 27 laufen. Das Muffenbetätigungselement 101 untergreift
die Schiebemuffe 15 in der Muffennut.
-
Zur
weiteren Förderung
des Verständnisses wird
auf die 31 bis 34 verwiesen,
die das Synchronisationsdruckstück 450 aus
verschiedenen Perspektiven in einer Neutralstellung PII zeigen,
und auf die 35 bis 38, die
das Synchronisationsdruckstück 450 in
einer abgewinkelten Stellung, einer Sperrstellung der Sperrphase
PI darstellen. Die Getriebesynchronisation 1, zu sehen
in den 31 und 35, umfasst
unter Anderem eine Schiebemuffe 15 und einen Außensynchronisationsring 9.
Ein wichtiges Element ist das Druckstück, zum Beispiel in der Ausgestaltung
der 33. Anstelle einer Schiebemuffe kann auch eine
Schaltmuffe 17 (33) benutzt
werden. Die Stellungen PI und PII zeichnen sich durch die Abweichung
des Druckstücks 450 von
der Zentralachse Z auf der einen Seite und alternativ durch die
durchgeführte
Hubbewegung H voneinander aus.
-
Die 39 zeigt,
wie drei Druckstücke 50 in einer
Nabe 27 angeordnet werden können. Vorteilhaft werden die
Druckstücke 50 gleichmäßig über den
Umfang verteilt, wenn mehrere gleichartige Druckstücke vorhanden
sind. Der Abstand von einem Druckstück zum nächsten beträgt bei drei Druckstücken 120°. Jedes Druckstück 50 hat
somit seine eigene Ausnehmung 33, 35, 37,
in das es eingegesetzt ist, um mit einem Synchronring 13 zusammen
zu wirken.
-
Dem
Fachmann ist verständlich,
dass ein erfindungsgemäßes Druckstück und eine
erfindungsgemäße Synchronisationseinheit
zahlreiche weitere Variationen aufweisen können, es steht im Belieben des
Anwendungsentwicklers, die Oberflächen der prinzipiell dargestellten
Strukturen des einfach zusammenhängenden
Synchronisationsdruckstücks, ohne
mehrfache Fingergestaltung in die gleiche Längsrichtung, ballig, schräg, abgewinkelt
oder rund zu gestalten, um durch die sich ergebenden Anlageflächen zwischen
Synchronisationsdruckstück
und Berührungsfläche der
Synchronnabe, des Synchronisationsrings und der Schiebemuffe vorteilhaft
Momente und Kräfte
in Getriebe verstärkend
zu nutzen, damit der Fahrer eines Kraftfahrzeuges mit einem erfindungsgemäßen Getriebe
beim Einlegen und Auslegen der Gänge
kraftunterstützt
leichter schalten kann. Das erfindungsgemäße Druckstück, als I-Form oder auch nur
mit einer zentralen Erhöhung
zum Eingriff in die Schiebemuffe, steigert den Fahrkomfort durch
leichteres Schalten und durch Verringerung des Risikos des Ratschens.
-
Wie
zuvor schon ausgeführt,
ist das Druckstück
in weiten Teilen beliebig zu gestalten, nach einem hervorzuhebenden
Aspekt werden Drehmomente von unterschiedlichen Quellen innerhalb
der Synchronisationseinheit sowohl fürs Sperren als auch für das Entsperren
während
der Synchronisationsphase genutzt. In einer Ausführungsform wird ein zentraler
Stift genutzt, der aber auch eine abgeteilte Form von dem übrigen Druckstück aufweisen
kann. In einer weiteren Ausführungsform
ist eine Mittenerhöhung
vorgesehen. Die seitlichen Anlageflächen, die in den Ausführungsbeispielen
eine I- oder Hammerform haben, sollten auf Anlagebereiche in der Nabe
abgestimmt sein, so dass auch andere geeignete Formen vorstellbar
sind. Durch den Wegfall von zusätzlichen
Sperrverzahnungen, die bei einer erfindungsgemäßen Vollservosynchronisation
häufig nicht
mehr nötig
sind, wird auch die Fertigung des Synchronisationsrings einfacher.
Insbesondere ein leichtes, zum Beispiel aus Blech geformtes, Teil,
das als Druckstück
in einer Getriebesynchronisation genutzt wird, wobei die Getriebesynchronisation
hohe Drehmomente übertragen
kann, trägt
zur breiten Akzeptanz der vorliegenden Erfindung bei Getriebeentwicklern
bei.
-
Die
Erfindung zeigt einen weiteren Vorteil in Bezug auf die Schiebenmuffenverzahnung.
Der Winkel der Schiebenmuffenverzahnung, der so genannte „Dachwinkel", kann beliebig ausgelegt
werden. Im Gegensatz zu üblichen
Getriebesynchronisationen ist der mögliche Winkelbereich nicht
eingeschränkt, um,
wie sonst üblich,
die Sperrsicherheit zu gewährleisten.
Daher kann der Entwickler einer erfindungsgemäßen Getriebesynchronisation
einen solchen Dachwinkel wählen,
der zu einer möglichst
reduzierten Einspurkraft führt.
-
- B
- Breite
der Synchronnabe
- H
- Hubbewegung
- R
- Abtriebsrichtung
- U
- Umlaufrichtung
- α1
- Erster
rechter Winkel
- α2
- Zweiter
rechter Winkel
- ε
- Sperrwinkel
- E
- Neutralisatorwinkel
- W
- Radiale
Bewegung
- S
- Schwenkbewegung
- PI
- Sperrphase
- PII
- Neutralstellung
- Z
- Zentralachse
- 1
- Getriebesynchronisation
- 3
- Synchronisationseinheit
- 5
- Antriebswelle
- 7,
207
- Erster
Synchronring
- 9
- Erster
Außensynchronisationsring
bzw. Außensynchronring
- 11
- Zweiter
Synchronring
- 13
- Zweiter
Außensynchronisationsring
bzw. Außensynchronring
- 15
- Schiebemuffe
- 17
- Schaltmuffe
- 19
- Muffeninnenverzahnung
- 21
- Erstes
Gangrad
- 23
- Zweites
Gangrad
- 25
- Kupplungskörper
- 27
- Synchronnabe
- 29
- Losrad
- 31
- Welle
bzw. Getriebewelle
- 33
- Erste
Ausnehmung des Synchronrings
- 35
- Zweite
Ausnehmung des Synchronrings
- 37
- Dritte
Ausnehmung des Synchronrings
- 39
- Ausnehmung
der Nabe
- 41
- Sperrverzahnung
eines Außensynchronrings
- 50,
150, 250, 350, 450, 550, 650, 750, 750', 750''
- Druckstück
- 51
- Lagerung
des Druckstücks
- 53
- Lagerungsstift
- 55
- Erste
Querstrecke
- 57
- Zweite
Querstrecke
- 61
- Erster
Eckbereich
- 63
- Zweiter
Eckbereich
- 65
- Dritter
Eckbereich
- 67
- Vierter
Eckbereich
- 71
- Mittlerer
Bereich
- 73
- Mittlerer
Teil
- 75
- Äußere des
Druckstücks bzw.
der äußere Bereich des
Druckstücks
- 77
- Innere
des Druckstücks bzw.
der innere Bereich des Druckstücks
- 79,
79'
- Innenseite
einer Querstrecke
- 81
- Erster
Endbereich
- 83
- Zweiter
Endbereich
- 85
- Extremität, insbesondere in
Form einer Nase, entweder als Oberflächenverlängerung oder als Fußverlängerung
- 87
- Erste
Seitenwand des Druckstücks
- 89
- Zweite
Seitenwand des Druckstücks
- 91
- Kante
des Druckstücks
- 93
- Momentanpol
- 95
- Abstand
des Druckstücks
- 97,
97'
- Mittenerhöhung
- 99
- Nuteneingriff
- 101
- Muffenbetätigungselement,
insbesondere als Querelement
- 103
- Reibungsneutralisator
- 105
- Schiebemuffennut
- 107
- Synchro-Servo-Schräge
- 109
- Oberfläche des
Druckstücks
- 111,
211, 311, 411, 511
- Druckstückfuß
- 113
- Kippschräge des Muffenbetätigungselements
- 115
- Rolle,
insbesondere am Ende des Druckstücks gelagert
- 117
- Ballenrand
- 119
- Rastierfeder
- 121
- Schieberille
- 651
- Rastierlagerung