DE102006061407A1

DE102006061407A1 - Schaltgetriebe mit einer Synchronisiereinrichtung sowie Sperrstück für ein solches Schaltgetriebe

Info

Publication number: DE102006061407A1
Application number: DE102006061407A
Authority: DE
Inventors: Rainer Ahrens
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2006-12-23
Filing date: 2006-12-23
Publication date: 2008-06-26
Also published as: CN101235892A; CN101235892B

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Schaltgetriebe mit einer Synchronisiereinrichtung, deren Synchronkörper (1) zumindest eine umfangsseitig offene Aussparung (7) aufweist, der ein Sperrstück (9) mit einem Federelement (17) zugeordnet ist, das in einem Leerlaufzustand das Sperrstück (9) in eine Vertiefung (13) einer Schaltmuffe (15) drückt. Erfindungsgemäß ist das Sperrstück (9) mit dem Federelement (17) außerhalb der Aussparung (7) auf der Umfangsseite des Synchronkörpers (1) abgestützt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Schaltgetriebe mit einer Synchronisiereinrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie ein Sperrstück für ein solches Schaltgetriebe nach dem Patentanspruch 18.
Bekanntermaßen wird bei einem Synchronisiervorgang in einem Schaltgetriebe ein Gleichlauf zwischen einem Gangrad und einer Schaltmuffe durch eine Reibungskupplung hergestellt. Die Schaltmuffe sitzt dabei im Leerlaufzustand mittig auf einem fest mit einer Getriebehauptwelle verbundenen Synchronkörper. Die Schaltmuffe ist in Richtung benachbarter Gangräder axial verschiebbar. Zwischen dem Synchronkörper und der Schaltmuffe sind Sperrstücke zwischengesetzt, die über Druckfedern in Vertiefungen der Schaltmuffe gedrückt werden.
Aus der FR 2,785,026 ist ein gattungsgemäßes Schaltgetriebe mit einer Synchronisiereinrichtung bekannt, bei der das Sperrstück sowie die zugeordnete Druckfeder einstückig und materialeinheitlich in Form eines gebogenen Metallstreifens ausgebildet sind. Aus der DE 102 30 177 A1 ist ein weiteres Schaltgetriebe mit einer Synchronisiereinrichtung bekannt. Das zugeordnete Sperrglied ist zweiteilig aus einem Gehäuse mit darin zumindest teilweise eingekapselter Druckfeder bekannt.
Aus der FR 2 852 646 ist ein mehrteilig ausgeführtes Sperrelement bekannt. Das Sperrelement weist eine Rastkugel auf, die mittels eines Federelements in eine Vertiefung der Schaltmuffe gedrückt wird. Die Rastkugel sowie das Federelement sind in einem in einer Aussparung des Synchronkörpers eingesetzten Gehäuse angeordnet.
Aus der FR 2 803 640 ist ein weiteres Schaltgetriebe mit einer Synchronisiereinrichtung bekannt, bei der das Sperrelement als ein federndes Profilteil in Form eines Metallstreifens gebildet ist. Aus der DE 102 25 269 A1 ist ein weiteres Sperrelement für ein Schaltgetriebe mit einer Synchronisiereinrichtung bekannt. Das Sperrelement weist ein aus einem Grundkörper und einer Kappe bestehendes Gehäuse auf, in dem ein Federelement angeordnet ist. Das Federelement drückt die Kappe in eine entsprechende Rastvertiefung der Schaltmuffe.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Schaltgetriebe mit einer Synchronisiereinrichtung bereitzustellen, bei der das Sperrstück kostengünstig herstellbar sowie raumsparend in der Synchronisiereinrichtung angeordnet werden kann und gleichzeitig die auf den Synchronkörper wirkenden hohen mechanischen Spannungen reduziert werden können.
Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 oder des Patentanspruches 18 gelöst. Vortelihafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 ist das Sperrstück mit dem zugeordneten Federelement außerhalb der Aussparung des Synchronkörpers auf dessen Umfangsseite abgestützt. Erfindungsgemäß ist daher das Sperrstück nicht auf dem Boden der Aussparung, sondern unabhängig davon außenseitig am Synchronkörper abgestützt. Die Dimensionen der Aussparung im Synchronkörper können daher reduziert werden, wodurch die Stabilität des Synchronkörpers gegenüber mechanischen Spannungen gesteigert wird. Dadurch ergeben sich zusätzliche Freiheitsgrade bei der Konstruktion und Herstellung des Synchronkörpers. Dieser kann aufgrund der erhöhten Stabilität als ein Sinterteil hergestellt werden, dessen Spannungsfestigkeit im Vergleich zu einem Stahlteil geringer ist.
Gleichzeitig kann das Sperrstück die umfangsseitig offene zugeordnete Aussparung überdecken und/oder zumindest teilweise in die Aussparung einragen. Dadurch ist eine insgesamt raumsparende Anordnung des Sperrstücks in der Synchronisiereinrichtung des Schaltgetriebes erreichbar. Die umfangsseitig offene Aussparung begrenzt in diesem Fall auch einen Ausgleichsraum, in den sich das Sperrstück während des Synchronisiervorganges frei verlagern kann.
Das Sperrstück ist vorzugsweise am Zahnfußbereich der Außenverzahnung des Synchronkörpers unmittelbar neben der Aussparung angeordnet. Dabei ist es herstellungsbedingt vorteilhaft, wenn das Sperrstück und das Federelement einstückig und materialeinheitlich etwa aus einem Federstahlblech ausgebildet sind.
Erfindungsgemäß ist gewährleistet, dass sich das Sperrstück während des Synchronisiervorganges in der Aussparung radial frei bewegen kann, ohne den Aussparungsboden mit mechanischen Spannungen zu belasten. Für eine stabile umfangsseitige Abstützung kann das Sperrstück Stützansätze aufweisen, die die Aussparung des Synchronkörpers seitlich übergreifen. Das Sperrstück liegt vorzugsweise lose auf der Außenseite des Synchronkörpers. Beispielhaft können die Stützansätze horizontal abgewinkelte Seitenränder des Sperrstückes sein, die sich im Wesentlichen über die gesamte Axiallänge des Synchronkörpers erstrecken. Alternativ können die Stützansätze als seitlich gegenüberliegende Stütznasen ausgebildet sein. Die seitlich gegenüberliegenden Stütznasen können während eines Synchronisiervorgangs als Schwenkachse dienen, um die sich das Federelement biegen kann.
Die Stützansätze sind bevorzugt um einen vorgegebenen Abstand von seitlichen Axialumschlägen des Sperrstücks versetzt, die eine Vorsynchronkraft auf Synchronringe ausüben können. Durch diesen Versatz der Stützansätze ist auch bei Ausübung der Vorsynchronkraft eine lagesichere Halterung des Sperrstücks auf dem Synchronkörper gewährleistet.
Die oben genannten Stützansätze sichern das Sperrstück in radialer Richtung im Synchronkörper. Für eine zusätzliche Sicherung des Sperrstücks in Umfangsrichtung weist das Sperrstück seitliche Führungswangen auf. Diese sind mit geringfügigem Spiel zwischen den Seitenwänden der nutförmigen Aussparung des Synchronkörpers angeordnet.
In einer Ausführungsform der Erfindung kann das Sperrstück über elastische Federschenkel mit den Stützansätzen verbunden sein. Das Sperrstück kann hierzu im Profil trapezförmig ausgebildet sein, dessen Seiten in beispielsweise horizontal verlaufende Federschenkel übergehen.
Zur Bereitstellung eines ausreichend großen Federwegs kann jeder der gegenüberliegenden, horizontalen Federschenkel des Sperrstückes U-profilförmig mit einander gegenüberliegenden offenen Querschnitten ausgebildet sein. Dabei ist ein erster Schenkel des U-profilförmigen Federabschnitts mit einem Druckabschnitt des Sperrstücks verbunden, während ein zweiter Schenkel bei einer Kraftbeaufschlagung frei schwenkbar ist. Die Stützansätze des Sperrstückes können in Abhängigkeit von einer erforderlichen Federsteifigkeit des Sperrstückes entlang des jeweiligen Federschenkels ausgebildet sein.
In einer weiteren Ausführungsform kann das Sperrstück als Federelement zumindest eine frei schwenkbare Federzunge aufweisen, die im Leerlaufzustand mit der Vertiefung der Schaltmuffe verrastet ist. Die Federzunge kann auf einem Rinnenboden eines rinnenförmigen Profilteils sitzen, während sich das Profilteil mit abgewinkelten Seitenwänden auf dem Synchronkörper abstützt.
Nachfolgend sind vier Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben.
Es zeigen:
1 in einer vergrößerten perspektivischen Teilansicht eine Synchronisiereinrichtung eines Schaltgetriebes;
2 in einer perspektivischen Ansicht das Sperrstück der Synchronisiereinrichtung;
3 eine Ansicht entsprechend der 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel;
4 eine Ansicht entsprechend der 1 und 3 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel;
5 in einer perspektivischen Ansicht ein Sperrstück gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel; und
6 in einer vergrößerten Seitenschnittansicht das in der Synchronisiereinrichtung eingesetzte Sperrstück gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel.
In der 1 ist gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel eine vergrößerte perspektivische Ansicht einer Synchronisiereinrichtung eines Schaltgetriebes gezeigt. Die Synchronisiereinrichtung weist einen fest auf einer nicht dargestellten Getriebehauptwelle sitzenden Synchronkörper 1 mit einer Außenverzahnung 3 auf. Dem Synchronkörper 1 sind axial benachbart Synchronringe 5 zugeordnet, von denen in der 1 lediglich einer dargestellt ist. Im Synchronkörper 1 sind umfangsseitig offene Aussparungen 7 ausgebildet, von denen in der 1 nur eine gezeigt ist. In die Aussparung 7 ragt über eine angedeutete Radiallänge r ein Sperrstück 9 hineinragt. Das Sperrstück 9 drückt gemäß der 1 über einen trapezförmigen Druckabschnitt 11 formschlüssig in eine korrespondierende Vertiefung 13 einer Schaltmuffe 15.
Wie aus den 1 und 2 hervorgeht, ist das Sperrstück 9 materialeinheitlich und einstückig aus einem Blechteil, insbesondere einem Federstahlblech hergestellt. Dabei ist der im Profil trapezförmige Druckabschnitt 11 des Sperrstückes seitlich in Axialrichtung mit zwei gegenüberliegenden Federschenkeln 17 verlängert. Die Federschenkel 17 erstrecken sich horizontal in Axialrichtung und sind U-profilförmig geformt. Die Federschenkel 17 liegen sich daher mit ihren offenen Querschnitten einander gegenüber und weisen jeweils einen ersten Schenkel 18, der in den trapezförmigen Druckabschnitt 11 übergeht, und einen zweiten Schenkel 19 auf, der bei einer Kraftbeaufschlagung frei schwenkbar ist. Für eine konstruktiv einfache Abstützung auf dem Synchronkörper 1 sind an den freien Enden der unteren, zweiten Schenkel 19 radial einander gegenüberliegende Stütznasen 21 ausgebildet. Das Sperrstück 9 liegt über seine Stütznasen 21 auf einem Zahnfußbereich 23 der Außenverzahnung 3 des Synchronkörpers 1, wodurch das Sperrstück 9 unabhängig vom Boden der Aussparung 7 in Radialrichtung lagesicher abgestützt ist. Die Stütznasen 21 sind dabei über einen Axialabstand a von den Stirnseiten des Synchronkörpers 1 nach innen versetzt.
Die Axiallänge l des Sperrstücks 9 entspricht in etwa der Axiallänge l des Synchronkörpers 1, so dass jeweils der bogenförmige Übergang 20 zwischen dem ersten Schenkel 18 und dem zweiten Schenkel 19 als Axialanschlag wirkt. Bei einer Axialverschiebung der Schaltmuffe 15 wird das Sperrstück 9 mitgenommen. Dabei drückt es über seinen Axialanschlag 20 mit einer Vorsynchronkraft gegen den jeweiligen Synchronring 5.
Durch die Ausbildung der Stütznasen 21 an den freien Enden der zweiten Schenkel 19 ist die Elastizität des Federabschnitts 17 über seine gesamte Länge nutzbar, wodurch ein besonders günstiges Federverhalten des Sperrstücks 9 erhalten ist.
Zusätzlich weist das Sperrstück 9 an seinen, in die Aussparung 7 ragenden Federabschnitten 17 seitlich gegenüberliegende Wangen 25 auf, die nur geringfügig von den Seitenwänden der Aussparung 7 beabstandet sind. Auf diese Weise ist eine Radialsicherung des Sperrstücks 9 in der Aussparung 7 erreicht. Bei einer Durchbiegung des Sperrstückes 9 wird außerdem eine Radialführung des Sperrstückes 9 innerhalb der Aussparung 7 gewährleistet.
Bei einem Synchronisiervorgang wird die Schaltmuffe 15 in Richtung eines Gangrads verschoben, wodurch auch das mit der Schaltmuffe 15 verrastete Sperrstück 9 mitgenommen wird. Das Sperrstück 9 drückt dabei den Synchronring 5 mit der Vorsynchronkraft auf einen nicht gezeigten Synchronkegel des Gangrads. Im weiteren Verlauf des Synchronisiervorgangs kann bei einer Drehzahlgleichheit zwischen dem Gangrad und der Schaltmuffe die Schaltmuffe axial über einen Schaltkranz des Gangrads geschoben werden. Hierbei drückt die Schaltmuffe 15 derart gegen die Rampe 27 des Druckabschnittes 11 des Sperrstückes 9, das das Sperrstück 9 aus der Vertiefung 13 der Schaltmuffe 15 springt. Das Sperrstück 9 wird dann mit seinen Federabschnitten 17 weiter in die Aussparung 7 des Synchronkörpers 1 gedrückt.
In der 3 ist das Sperrstück 9 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel dargestellt. Das Sperrstück 9 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist weitgehend identisch mit dem Sperrstück 9 des ersten Ausführungsbeispiels. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel sind die Stütznasen 21 um einen Abstand a₂ von den Stirnseiten des Synchronkörpers beabstandet, der kleiner als der Abstand a₁ des ersten Ausführungsbeispiels ist. Außerdem sind die Stütznasen 21 nicht am zweiten, freien Schenkel 19 der Federschenkel 17 ausgebildet, sondern am ersten Schenkel 18, der unmittelbar in den Druckabschnitt 11 des Sperrstückes 9 übergeht. An den Stütznasen 21 schließen sich daher im weiteren Verlauf die Führungswangen 25 des Sperrstückes 9 an.
Durch die Anordnung der Stütznasen 23 an den jeweils ersten Schenkeln 18 ist der zur Verfügung gestellte Verformungsbereich des Sperrstücks 9 – im Vergleich zum ersten Ausführungsbeispiel – geringer. Entsprechend ist die Federsteifigkeit des Sperrstückes 9 erhöht.
In der 4 ist ein Schaltgetriebe gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel gezeigt, dessen grundsätzlicher Aufbau ebenfalls dem Aufbau der ersten beiden Ausführungsbeispiele entspricht. Im Unterschied zu den ersten beiden Ausführungsbeispielen weist das Sperrstück 9 gemäß der 4 keine gebogenen U-profilförmigen Federschenkel 17 auf. Vielmehr sind in der 4 die Federschenkel 17 mit einem jeweils nach oben geschwungenem Ende ausgebildet, das als Axialanschlag 20 einen Synchronring auf den Synchronkegel eines Gangrads drückt. Zumindest die beiden Federschenkel 17 sind in Umfangsrichtung des Synchronrads 1 ausgeweitet zur Ausbildung seitlicher Stützansätze 21. Das Sperrstück 9 überdeckt daher zumindest mit seinen Stützansätzen 21 die Aussparung 7 des Synchronkörpers 1.
In den folgenden 5 und 6 ist ein Sperrstück 9 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel gezeigt. Das Sperrstück 9 weist gemäß der 5 als Grundkörper ein rinnenförmiges Profilblechteil auf. Das Profilblechteil ist an seinen hochgezogenen Seitenwänden mit abgewinkelten Führungsflächen 31 ausgebildet, über die sich das Sperrstück 9 außerhalb der Aussparung 7 des Synchronkörpers 1 abstützt. Hierzu wird das rinnenförmige Profilblechteil in die Aussparung 7 des Synchronkörpers eingesetzt, so dass lediglich die Führungsflächen 31 die Aussparung 7 übergreifen.
Wie aus der 5 hervorgeht, sind aus dem Rinnenboden 33 Federzungen 35 herausgeschnitten, die schräg nach oben mit einander zugewandten freien Enden 37 ausgebildet ist. Die gegenüberliegenden Federzungen 35 sind mit ihren freien Enden 37 sind gemäß der 6 in Rasteingriff mit der korrespondierenden Vertiefung 13 der Schaltmuffe 15.
Wie aus der 6 hervorgeht, ist das Profilblechteil mit seinem Rinnenboden 33 über einen freien Abstand b vom Boden der Aussparung 7 beabstandet. Das Profilblechteil erstreckt sich dabei im Wesentlichen über die gesamte Axiallänge der Schiebemuffe 15. Die Axialanschläge 20 sind in diesem Ausführungsbeispiel an dem gegenüberliegenden Stirnseiten des Profilblechteils durch Laschen 39 gebildet. Diese sind von den Seitenwänden 41 des Profilblechteils rechtwinklig abgebogen.

1: Synchronkörper
3: Außerverzahnung des Synchronkörpers
5: Synchronring
7: Aussparung des Synchronkörpers 1
9: Sperrstück
11: Druckabschnitt des Sperrstücks 9
13: Vertiefung der Schaltmuffe 15
15: Schaltmuffe
17: Federschenkel des Sperrstückes 9
18, 19: erster und zweiter Federschenkel
20: Axialanschlag
21: Stützansatz
23: Zahnfußbereich der Außenverzahnung 3 des Synchronkörpers 1
25: Führungswange
27: Rampe
31: Führungsflächen
33: Rinnenboden des rinnenförmigen Profilblechteils
35: Federzungen
37: freie Enden der Federzungen
a: Axialabstand
b: freier Abstand des Sperrstückes 9 vom Boden der Aussparung 7
l: Axiallänge des Sperrstücks 9

Claims

Schaltgetriebe mit einer Synchronisiereinrichtung, deren Synchronkörper (1) zumindest eine umfangsseitig offene Aussparung (7) aufweist, der ein Sperrstück (9) mit einem Federelement (17) zugeordnet ist, das in einem Leerlaufzustand das Sperrstück (9) in eine Vertiefung (13) einer Schaltmuffe (15) drückt, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrstück (9) mit dem Federelement (17) außerhalb der Aussparung (7) auf der Umfangsseite des Synchronkörpers (1) abgestützt ist.
Schaltgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrstück (9) am Zahnfußbereich einer Außenverzahnung (3) des Synchronkörpers (1) abgestützt ist.
Schaltgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrstück (9) die Aussparung (7) des Synchronkörpers (1) überdeckt.
Schaltgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrstück (9) zumindest teilweise in die Aussparung (7) ragt.
Schaltgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrstück (9) über einen freien Abstand (b) vom Boden in der Aussparung (7) entfernt ist.
Schaltgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrstück (9) Stützansätze (21) aufweist, die die Aussparung (7) des Synchronkörpers (1) seitlich übergreifen.
Schaltgetriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützansätze (21) horizontal abgewinkelte Seitenränder des Sperrstücks (9) sind.
Schaltgetriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützansätze (21) des Sperrstücks (9) vom Sperrstück (9) abstehende, seitlich gegenüber liegende Stütznasen sind.
Schaltgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrstück (9) in Axialrichtung gegenüberliegende Axialanschläge (20) aufweist, die bei einer Axialverschiebung des Sperrstücks (9) mit einer Vorsynchronkraft gegen angrenzende Synchronringe (5) drücken.
Schaltgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrstück (9) und das Federelement (17) einstückig und materialeinheitlich ausgebildet sind.
Schaltgetriebe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrstück (9) zur Ausbildung des Federelements elastische Federschenkel (17) aufweist, die mit den Stützansätzen (21) verbunden sind.
Schaltgetriebe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrstück (9) im Profil trapezförmig, insbesondere mit seitlich anschließenden horizontalen Federschenkeln (17) ausgebildet ist.
Schaltgetriebe nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausbildung der Axialanschläge (20) des Sperrstücks (9) die Federschenkel (17) endseitig eine hochgezogene Seitenwand aufweisen.
Schaltgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrstück (9) ein Blechformteil ist.
Schaltgetriebe nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Federschenkel (17) U-profilförmig mit einem ersten mit dem Druckabschnitt (11) des Sperrstücks (9) verbundenen Schenkel (18) und einem zweiten Schenkel (19) ausgebildet ist, der frei schwenkbar ist.
Schaltgetriebe nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützansätze (21) am ersten oder am zweiten Schenkel (18, 19) ausgebildet sind.
Schaltgetriebe nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass der bogenförmige Übergang zwischen dem ersten und zweiten Schenkel (18, 19) des Sperrstücks den Axialanschlag (20) bildet.
Schaltgetriebe nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrstück (9) zur radialen Führung in der Aussparung (7) seitliche Führungswangen (25) aufweist.
Schaltgetriebe nach einem der Ansprüche 6 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützansätze (21) um einen vorgegebenen Abstand (a) von den Seitenenden des Sperrstücks (9) versetzt sind.
Schaltgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrstück (9) als Federelement (17) zumindest eine Federzunge (35) aufweist, die im Leerlaufzustand mit der Schaltmuffe (15) verrastet ist.
Schaltgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrstück (9) als einen Grundkörper ein rinnenförmiges Profilteil aufweist, das das Federelement (17) trägt.
Schaltgetriebe nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass das rinnenförmige Profilteil abgewinkelte Seitenwände (31) aufweist, die auf dem Synchronkörper (1) abgestützt sind.
Schaltgetriebe nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (17) auf dem Rinnenboden (33) des Profilteils sitzt.
Sperrstück für ein Schaltgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche.