DE102006061401A1

DE102006061401A1 - Synchronring einer Synchronisiereinrichtung

Info

Publication number: DE102006061401A1
Application number: DE200610061401
Authority: DE
Inventors: Thomas Dipl.-Ing. Karais; Josef Dipl.-Ing. Schwuger; Marcus Spoerl
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2006-12-23
Filing date: 2006-12-23
Publication date: 2008-06-26
Also published as: WO2008077731A2; WO2008077731A3

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Synchronisiereinrichtung (1) eines Kraftfahrzeuggetriebes mit einem auf einer Getriebewelle in Umfangsrichtung verdrehfest angeordneten Synchronkörper (13), einer auf dem Synchronkörper entlang der Längsmittelachse der Getriebewelle verschiebbar angeordneten Schiebemuffe (14), einem auf der Getriebewelle drehbar gelagerten und an den Synchronkörper (13) anschließenden Gangrad (16), das direkt oder über einen Kupplungskörper mittels der Schiebemuffe mit dem Synchronkörper kuppelbar ist, wobei die Synchronisiereinrichtung (1) einen äußeren Synchronring (19) mit einer ersten Reibfläche (20) und einen inneren Synchronring (21) mit einer zweiten Reibfläche (22) aufweist, wobei zwischen dem äußeren Synchronring (19) und dem inneren Synchronring (21) mehrere, einzelne Reibelemente (4) separat angeordnet sind.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Synchronisiereinrichtung eines Kraftfahrzeuggetriebes mit einem auf einer Getriebewelle in Umfangsrichtung verdrehfest angeordneten Synchronkörper, einer auf dem Synchronkörper entlang der Längsmittelachse der Getriebewelle verschiebbar angeordneten Schiebemuffe, einem auf der Getriebewelle drehbar gelagerten und an den Synchronkörper anschließenden Gangrad, das direkt oder über einen Kupplungskörper mittels der Schiebemuffe mit dem Synchronkörper kuppelbar ist.
Hintergrund der Erfindung
Zum Synchronisieren von Gangstufen werden in Synchronisiereinrichtungen Synchronringe verwendet. Diese sind in der Regel durch einen konisch ausgebildeten Reibring mit Reibflächen an seiner Innenmantelfläche oder seiner Außenmantelfläche gebildet. Je nachdem, wie viele Reibringe in der Synchronisiereinrichtung verwendet werden, unterscheidet der Fachmann Einfach- oder Mehrfachsynchronisationen, wobei die Zweifach- und Dreifachsynchronisatio nen von besonderer praktischer Bedeutung sind. Weist der Reibring Reibflächen auf beiden Mantelflächen auf, bezeichnet man ihn auch als Zwischenring. Die Reibflächen eines Zwischenrings stehen während des Synchronisienrorganges am Außenmantel reibschlüssig mit einer am äußeren Synchronring ausgebildeten Reibfläche in Verbindung. Gleichzeitig steht eine an der Innenmantelfläche des Zwischenringes ausgebildete Reibfläche mit einer Reibfläche eines inneren Synchronrings im Reibschluss. Der äußere Synchronring ist formschlüssig mit dem Synchronkörper verbunden und greift beispielsweise über Mitnehmernasen, die an seiner im Durchmesser kleineren Seite ausgebildet und radial nach innen gerichtet sind, in Aussparungen des inneren Synchronringes. Der innere Synchronring ist somit über den äußeren Synchronring ebenfalls formschlüssig mit dem Synchronkörper verbunden.
Für die Massenfertigung hat es sich als geeignet erwiesen, Synchronringe umformtechnisch aus Blech spanlos herzustellen. Die umformtechnisch hergestellten Ringe weisen jedoch zumeist eine Reibfläche auf, die den erforderlichen Genauigkeiten nicht genügt. In der Regel ist daher eine spanende Nachbearbeitung oder ein Honen erforderlich. Wird ein Reibbelag auf eine Reibfläche aufgeklebt, so übertragen sich eventuelle Ungenauigkeiten des Ringkörpers auf die Reibfläche, die wiederum nachgearbeitet werden muss. Das Aufbringen eines Reibbelags durch beispielsweise Kleben ist daher aufwändig und kostenintensiv.
Zur Vermeidung dieses Problems in AT 107 755 vorgeschlagen, den Reibbelag in mehrere Elemente zu unterteilen und aus einer mehr oder weniger großen Anzahl solcher Elemente den Reibbelag von der jeweils gewünschten Größe und Form zusammenzusetzen. Der Reibring besteht aus einem Grundkörper mit Löchern, deren Wandungen eine kegelförmige Gestalt besitzen. In die Löcher werden Reibkörper eingeschoben. Auf dem Grundkörper wird ein kreisbogenförmiges Blech mittels Schrauben befestigt, und die Reibelemente werden auf der inneren Seite des Bleches formschlüssig gehalten. Bei diesem Reibring ist es erforderlich, dass die Reibkörper entweder durch relativ aufwändige und kompliziert zu montierende Hilfseinrichtungen formschlüssig gehalten werden oder aber einzeln kraftschlüssig befestigt werden. Beide Maßnahmen erfordern einen erheblichen Aufwand bei der Herstellung.
Ein weiterer gattungsgemäßer Synchronring ist aus der DE 37 05 657 A1 bekannt. Es wird ein Synchronring vorgestellt, der einen Grundkörper als Stützring aufweist und mit einem Reibbelag versehen ist, wobei der Reibbelag von einer Vielzahl von Reibkörpern zusammengesetzt ist, die über den Umfang der Reibfläche verteilt sind. Die Reibelemente sind in offene Ausnehmungen des Stützringes formschlüssig eingepresst. Dieses Verfahren eignet sich insbesondere für Sinterringe, aber nicht für alle Arten von Reibbelägen. Werden der Stützring und die Reibelemente nicht nachbearbeitet, so werden im Schaltbetrieb der Synchronisiereinrichtung einige Reibelemente sehr viel stärker belastet als andere, was zu einem Ausfall dieses Synchronrings führen kann.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die im Stand der Technik geschilderten Nachteile zu vermeiden.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mittels des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass die Synchronisiereinrichtung einen äußeren Synchronring mit einer ersten Reibfläche und einen inneren Synchronring mit einer zweiten Reibfläche aufweist, wobei zwischen dem äußeren Synchronring und dem inneren Synchronring mehrere, einzelne Reibelemente angeordnet sind. Die Reibelemente sind so angeordnet, dass sie aufgrund ihrer Form oder Materialeigenschaften bei Gegendruck durch einen Gegenkörper um einen gewissen Betrag nachgeben. Unterstützt oder alternativ ersetzt wird diese Eigenschaft, wenn die Reibelemente um die Drahtachse zumindest um einen gewissen Winkel verkippbar sind. Wird ein Gang geschaltet, so wird das Synchronringpaket, bestehend aus dem äußeren Synchronring, den Reibelementen als Zwischenreibflächen und dem inneren Synchronring, axial verschoben; und es liegt sowohl am Synchronkörper als auch am Gegenkonus, der direkt oder indirekt mit dem Gangrad verbunden ist, an. Dadurch dass die Reibelemente ihre Position bezüglich des Ringkörpers um ein kleines Spiel ändern können, ist es möglich, sowohl Fertigungsungenauigkeiten der Reibelemente als auch die der Synchronringe bzw. im Falle des Anspruchs 13 die des Gegenkonus' auszugleichen. Die Erfindung ermöglicht somit zugleich eine günstigere Herstellung beispielsweise eines äußeren und inneren Synchronrings.
Durch die axiale Verschiebbarkeit und Verdrehbarkeit der Reibelemente wird erreicht, dass der Ring sich nicht nur über einige, wenige Punkte an seinen Gegenflächen abstützt sondern über alle Reibelemente. Damit wird auch eine höhere Tragfähigkeit bzw. Leistungsfähigkeit der Reibkupplung bei gleicher Größe gegenüber einem System mit einer starren Konuswand erreicht.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Reibelemente ganz aus dem Reibmaterial hergestellt. Eine weitere Variante wäre beispielsweise ein spanlos hergestellter Grundkörper, der an seinen Reibseiten eine Beschichtung aufweist. In beiden Fällen können auch leicht Strukturen wie Ölrillen auf dem Blechmaterial eingebracht werden. Sie können sehr kostengünstig hergestellt werden, da es in der Massenfertigung nicht auf genaue Maßhaltigkeit ankommt, weil die Fertigungsungenauigkeiten durch die erfindungsgemäße Anordnung kompensiert werden.
In einer Weiterbildung der Erfindung weisen die Reibelemente an zumindest einer ihrer Seitenflächen Haltenasen auf, welche die Reibelemente in Bezug auf ihren Träger bzw. untereinander führen. Die Haltenasen können auch als ein oder mehrere Haltepunkte allgemein ausgebildet sein.
In einer Weiterbildung der Erfindung weisen die Reibelemente eine nach radial außen konvexe Oberfläche auf. Sie können beispielsweise sphärisch nach außen sowie gewölbt sein, wobei die Krümmung in radialer Richtung den Umriss des Synchronrings bestimmt. Die konvexe Form vermeidet ein Abstützen der Reibkörper bei Verkippen an Körperkanten, so dass durch eine flächenförmige Anlage die lokalen Belastungen sinken.
Die Erfindung ermöglicht weiterhin, dass für ähnlich große Synchronringe, die in ihrem Durchmesser aber doch leicht variieren, die gleichen Reibelemente verwendet werden können. Für die jeweilige Anwendung müsste dann lediglich die Anzahl der Reibelemente geändert werden und nicht deren Form und Größe, wobei die Zupaarung gemäß dem Baukastenprinzip jeweils einen Kostenvorteil ermöglicht.
Abweichend von bisherigen beschichteten Zwischenringen lassen sich erfindungsgemäß auch verschiedene Reibmaterialien auf einfache Weise in derselben Synchronisiereinrichtung verwenden. Dazu werden Reibelemente aus verschiedenen Werkstoffen jeweils abwechselnd auf den Trägerringen platziert. Als geeignete Werkstoffe für die Reibelemente haben sich vor allem Sintermaterial, Messing, Kunststoffe, Karbon oder auch Stahl erwiesen. Die Reibelemente können entweder ganz aus dem Reibmaterial bestehen. Sie können aber auch aus einem Werkstoff aufgebaut sein, der mit einem anderen Werkstoff beschichtet ist.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung entfallen weiterhin Mitnehmerlappen, welche bei Synchronzwischenringen stets einer besonderen Belastung ausgesetzt sind, da die Reibelemente nicht wie bei einem Zwischenring einer Synchronisiereinrichtung durch nur wenige Lappen fixiert werden müssen.
Um die Ölabfuhr während der Synchronisierung zu unterstützen, sind die Reibelemente in einer anderen Weiterbildung der Erfindung mit Ölrillen als eingearbeitete Strukturflächen versehen. Die Strukturflächen dienen ebenfalls der Verbesserung der tribologischen Eigenschaften. Die Ölrillen können beispielsweise kreuzweise in die einzelnen Reibelemente eingebracht sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weisen die Reibelemente eine Bautenform auf, die nicht rechteckig ist. Die Nuten verlaufen somit schräg zur Axialrichtung, was bei dem rotierenden Synchronring die Ölabfuhr beschleunigt. Dies kann dies noch dadurch unterstützt werden, dass sich die Nuten zu einem axialen Ende verbreitern. Dies wird dadurch erreicht, dass die Reibelemente eine unregelmäßige Viereckform in Form eines gescherten Trapezes aufweisen.
In einer Weiterbildung der Erfindung sind die Reibelemente im verbauten Zustand voneinander in Umfangsrichtung beabstandet. Dies kann durch Abstandshafter realisiert sein. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Übergänge der Reibflächen zu den Seitenflächen abzukanten, so dass lediglich die einzelnen Reibflächen voneinander beabstandet sind. In beiden Fällen sind von den axialen Enden des Synchronrings jeweils in axialer Richtung verlaufend Nuten gebildet. Die Nuten dienen zur Aufnahme des Öls, welches bei dem Synchronisationsprozess abgeführt werden muss.
Damit die Reibelemente sich nicht unkontrolliert zwischen den beiden Synchronringen bewegen können, wird weiterhin vorgeschlagen, zumindest einen Synchronring mit Führungstaschen zu versehen, wobei die Reibelemente im verbauten Zustand in den Führungstaschen angeordnet sind. Die Führungstaschen verhindern ein Wandern des Reibelements in Umfangsrichtung, ihre Breite entspricht in etwa der Breite eines Reibelements. Eine Möglichkeit, die Führungstaschen zu realisieren, besteht in der Ausbildung eines Wellprofils. Der Synchronring kann bereits im ebenen Zustand profiliert werden und, falls gewünscht oder erforderlich, zusätzlich mit einer Synchronringbeschichtung versehen werden. Die Herstellung kann aus beispielsweise Bandmaterial oder einer Ronde oder einem Rohr erfolgen. Wenn die Form der Reibelemente konvex ist, ergeben sich mit einem derartigen Synchronring Freiräume in den Eckbereichen der profilierten Abschnitte, so dass sich die Reibelemente einerseits in diese verkippen können, um Umrundheiten aufzunehmen und diese andererseits als Ölnuten dienen können. Schließlich erlauben die Taschen eine Fixierung der Vielzahl von Reibelemente in Umfangsrichtung. Durch die erfindungsgemäße Lösung können daher hoch belastete Mitnehmerlappen entfallen. In einer weiteren Ausführungsform sind sowohl der innere als auch der äußere Synchronring derartig profiliert.
Die Erfindung betrifft auch eine Synchronisierung mit zumindest einem Synchronring nach Anspruch 1 und einem eine Gegenreibfläche aufweisenden Gegenkonus. Der Gegenkonus kann beispielsweise direkt am Gangrad angeordnet sein oder aber auch direkt am Synchronkörper. Durch die Bewegungsfreiheit in dem Ringkörper können auch Fertigungsungenauigkeiten dieser Gegenflächen aufgenommen werden, so dass es nicht erforderlich ist, diese nachzubearbeiten. Hierdurch wird eine Kostenersparnis ebenfalls bei den anderen Bauteilen der Synchronisiereinrichtung erreicht.
Die Erfindung ermöglicht es somit, ein einfacher Weise, einen Reibring für eine Synchronisierung, insbesondere einen Zwischenreibring, bereitzustellen, der an vielen Stellen gleichzeitig trägt und somit einen geringen Verschleiß und ein gutes Einlaufverhalten aufweist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachfolgend anhand mehrerer Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1 einen Längsschnitt einer Synchronisiereinrichtung des Standes der Technik,
2 einen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Synchronisiereinrichtung mit einem Synchronaußenring, einem erfindungsgemäßen Reibelement und einem inneren Synchronring,
3 einen Ausschnitt eines Querschnitts der Synchronisiereinrichtung nach 2,
4 einen Ausschnitt eines Querschnitts einer weiteren Synchronisiereinrichtung,
5 ein einzelnes Reibelement.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine Synchronisiereinrichtung 27 mit einem äußeren Synchronring 19, einem Synchronzwischenring 18 und einem inneren Synchronring 21. Ein Synchronkörper 13 ist mit einer Innenverzahnung zur verdrehfesten Anordnung auf einer Getriebewelle fixiert. Neben dem Synchronkörper 13 ist ein Gangrad 16 angeordnet. Mit dem Gangrad 16 ist ein Kupplungskörper 17 verbunden, in dessen Aussparungen 17a Mitnehmerlappen 18a des Synchronzwischenringes 18 eingreifen. Der Zwischenring 18 bildet mit der Gegenreibfläche 9 des äußeren Synchronrings 19 eine erste Reibpaarung 20 und mit der Gegenreibfläche 9' des inneren Synchronrings 21 eine zweite Reibpaarung 22. Die Gegenreibflächen 9 und 9' sind nicht nachbearbeitet. Die Verbindung vom Gangrad 16 und Synchronkörper 13 erfolgt über die Schiebemuffe 14.
Der Innenbord 21a des inneren Synchronrings 21 ist von Aussparungen unterbrochen und teilweise durch einen Absatz des Synchronkörpers 13 verdeckt. Der Absatz greift in die Aussparungen ein, und der innere Synchronring 21 ist somit formschlüssig mit dem Synchronkörper 13 verbunden. Der äußere Synchronring 19 ist über seinen Bord formschlüssig mit dem Synchronkörper 13 verbunden. Der Formschluss des äußeren Synchronrings 19 mit dem Synchronkörper 13 erfolgt über Aussparungen 19a seines Bordes.
2 zeigt ein Synchronringpaket 23, bestehend aus einem äußeren Synchronring 19 aus Dünnblech und einem inneren Synchronring 21 ebenfalls aus Blech. Zwischen dem äußeren 19 und dem inneren 21 Synchronring ist ein Reibelement 4 angeordnet.
Die 3 zeigt den inneren Synchronring 21 als konisch ausgebildeten Kegelstumpfring aus Blech und den äußeren Synchronring 19, der Profilierungen 15 aufweist. die Profilierungen bilden Führungstaschen 2, welche die Reibelemente 4 radial und mit Seitenkanten 28 teilweise in Umfangsrichtung umfassen und im Wesentlichen komplementär zu diesen ausgeformt sind. Die Reib elemente 4 sind dennoch in den Führungstaschen in nicht belasteter Stellung zumindest teilweise um ein Spiel 34 beweglich. Die Seitenkanten 28 erstrecken sich radial in etwa bis auf Höhe einer Sicke 11 der Reibelemente 4. 4 stellt den dazu analogen Fall dar, bei dem der innere Synchronring 21 die Führungstaschen 2 aufweist und der äußere Synchronring 19 im Querschnitt kreisförmig ist.
Die Reibelemente 4 sind axial orientiert und weisen eine nach radial innen orientierte Innenreibfläche 29 sowie eine nach radial außen orientierte, konvexe Außenreibfläche 30 auf. Zwischen den Reibelementen und den Synchronringen 19, 21 sowie untereinander sind Nuten 12 gebildet, die beim Synchronisieren eine rasche Ölabfuhr gewährleisten. Die Reibflächen 29, 30 sind als sphärische Flächen 10 gewölbt. Unter Vernachlässigung einer leichten Wölbung in Axialrichtung sind die Reibelemente 4 zylindrisch. Die Ecken 3 der Reibelemente sind verrundet, um ein Verkanten zu verhindern.
5 beschreibt in vergrößerter Darstellung ein Reibelement 4, das sphärisch gewölbt ist und eine Reibbeschichtung 25 aufweist. Das Reibelement 4 weist weiterhin auf seinen radial orientierten Flächen 28, 29 Strukturflächen 7 mit Ölrillen 24 auf, welche zusätzlich die Ölabfuhr erleichtern. Endseitig weist das Reibelement 4 eine Rundung 31 auf. Bei Bedarf ist auch diese Rundung 31 beschichtet bzw. besteht aus dem Reibmaterial des Reibelements 4. Sie kann dazu dienen, Notlaufeigenschaften zu übernehmen.

1: Synchronring
2: Führungstaschen
3: Ecke
4: Reibelement
5: erstes Reibelement
6: zweites Reibelement
7: Strukturfläche
8: Gegenkonus
9, 9': Gegenreibfläche
10: sphärische Flächen
11: Sicke
12: Nut
13: Synchronkörper
14: Schiebemuffe
15: Profilierung
16: Gangrad
17: Kupplungskörper
17a: Aussparung
18: Zwischenring
18a: Mitnehmerlappen
19: äußerer Synchronring
19a: Aussparung
20: erste Reibpaarung
21: innerer Synchronring
21a: Innenbord
22: zweite Reibpaarung
23: Synchronringpaket
24: Ölrillen
25: Reibbeschichtung
26: Seitenkante
27: Synchronisiereinrichtung
28: Seitenkante
29: Innenreibfläche
30: Außenreibfläche
31: Rundung

Claims

Synchronisiereinrichtung (1) eines Kraftfahrzeuggetriebes mit – einem auf einer Getriebewelle in Umfangsrichtung verdrehfest angeordneten Synchronkörper (13) – einer auf dem Synchronkörper entlang der Längsmittelachse der Getriebewelle verschiebbar angeordneten Schiebemuffe (14), – einem auf der Getriebewelle drehbar gelagerten und an den Synchronkörper (13) anschließenden Gangrad (16), das direkt oder über einen Kupplungskörper mittels der Schiebemuffe mit dem Synchronkörper kuppelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronisiereinrichtung (1) einen äußeren Synchronring (19) mit einer ersten Reibfläche (20) und einen inneren Synchronring (21) mit einer zweiten Reibfläche (22) aufweist, wobei zwischen dem äußeren Synchronring (19) und dem inneren Synchronring (21) mehrere, einzelne Reibelemente (4) separat angeordnet sind.
Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass äußere Synchronring (19) erste Führungstaschen (2) aufweist, in denen die Reibelemente (4) gehalten sind.
Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Synchronring (19) aus Blech hergestellt ist.
Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibflächen (20, 22) der Synchronringe (19, 21) nicht nachbearbeitet sind.
Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Synchronring (21) zweite Führungstaschen (2) aufweist, in denen die Reibelemente (4) gehalten sind.
Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Synchronring (21) aus Blech hergestellt ist.
Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibelemente (4) mit einer Reibbeschichtung (25) versehen sind.
Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibelemente (4) eine konvexe Oberfläche aufweisen.
Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibelemente (4) als erste Reibelemente (5) und zweite Reibelemente (6) aus verschiedenen Werkstoffen ausgebildet sind.
Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibelemente (4) Strukturflächen (7) aufweisen.
Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibelemente (4) zu den Synchronringen (19, 21) gerichtet sphärische Flächen (10) aufweisen.
Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibelemente (4) in Umfangsrichtung jeweils eine Sicke (11) aufweisen.
Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungstaschen (2) Seitenkanten (28) aufweisen, welche sich radial bis zur Sicke (11) der Reibelemente (4) erstrecken.
Synchronisiereinrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibelemente (4) zwischen einem Synchronring (19, 21) und einem Gegenkonus (9) angeordnet sind.