DE102007028106A1

DE102007028106A1 - Synchronisiereinrichtung

Info

Publication number: DE102007028106A1
Application number: DE102007028106A
Authority: DE
Inventors: Thomas Karais; Marcus Spoerl
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2007-06-19
Filing date: 2007-06-19
Publication date: 2008-12-24
Also published as: CN101688567A; WO2008155173A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Synchronisiereinrichtung eines Kraftfahrzeuggetriebes mit zumindest einem Synchronring und einem Gegenkonus, wobei der Synchronring und der Gegenkonus im geschalteten Zustand mit gleicher Geschwindigkeit rotieren, wobei zwischen dem Synchronring (8) und dem Gegenkonus (14) ein Reibring (13) angeordnet ist, der im ungeschalteten Zustand zwischen diesen frei bewegbar und lose angeordnet ist, sowie einen Reibring (13) für eine derartige Synchronisiereinrichtung (1).

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Synchronisiereinrichtung eines Kraftfahrzeuggetriebes mit zumindest einem Synchronring und einem Gegenkonus, wobei der Synchronring und der Gegenkonus im geschalteten Zustand mit gleicher Geschwindigkeit rotieren.
Hintergrund der Erfindung
Synchronisiervorrichtungen in Gangräderwechselgetrieben von Fahrzeugen dienen zum Anpassen unterschiedlicher Drehzahlen einer Getriebeeingangswelle und einer Getriebeausgangswelle beim Schalten. Im gattungsbildenden Stand der Technik ist in einer Synchronisiervorrichtung ein äußerer Synchronring formschlüssig mit einem Synchronkörper verbunden und greift beispielsweise über Mitnehmernasen, die an seiner im Durchmesser kleineren Seite ausgebildet sind, in Aussparungen des inneren Synchronringes. Synchronringe sind in der Regel sind konisch ausgebildete Reibringe mit Reibflächen an ihren Innenmantelflächen und/oder Außenmantelflächen. Während des Synchronisiervorganges stehen die Reibflächen der Synchronringe miteinander reibschlüssig in Verbindung. Derartige Synchronisiervorrichtungen bestehen aus vielen Einzelteilen.
In der Massenfertigung hat es sich als geeignet erwiesen, Synchronringe umformtechnisch herzustellen. Die Gestaltung derartiger Synchronringe ist an sich zufriedenstellend, sie erfordert auch umformtechnisch jedoch einen relativ hohen Aufwand. Der Aufwand entsteht durch zusätzliche Arbeitsschritte nach dem Formen des Napfes für den Synchronring, bei denen aus dem Boden des Napfes die Anschläge bzw. Mitnehmer umgelegt werden müssen. Nachteilig ist weiterhin, dass sich die Anforderungen an das Material der Mitnehmer des Synchronringes mit den Anforderungen an das Reibverhalten der konischen Reibfläche teilweise widersprechen. Die Anschläge müssen über die gesamte Lebensdauer des Getriebes möglichst starr und verschleißfest ausgebildet sein. An den Reib- bzw. Gegenreibflächen einer Synchronisierung sind jedoch bevorzugt unterschiedliche Werkstoffpaarungen einzusetzen, um beispielsweise konstante Reibwerte über die gesamte Lebensdauer bei gleichzeitig hoher Reibleistung zu gewährleisten. Ist der Synchronring aus Blech ausgebildet, sind insbesondere die Fertigung der Mitnehmer und das Verbinden des Reibbelages mit dem Synchronring aufwändige Herstellungsschritte.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine leicht zu fertigende Synchronisiereinrichtung zu schaffen, bei der die vorstehend genannten Nachteile beseitigt sind.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mittels des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass zwischen dem Synchronring und dem Gegenkonus ein Reibring angeordnet ist, wobei der Reibring im ungeschalteten Zustand zwischen dem Synchronring und dem Gegenkonus frei beweglich ist.
Der Reibring ist insbesondere nicht stoffschlüssig mit dem Synchronring verbunden, und er weist auch keine Mitnehmerlappen auf, mit welchen er in einen Synchronring eingreift. Dadurch ergibt sich eine funktionelle Trennung der Eigenschaften. Der Reibbelag kann allein auf die zu bildende Reibpaarung hin gewählt werden, ohne dass er stoffschlüssig mit dem Synchronring verbunden werden muss. Die Erfindung ermöglicht es, auf eine feste Verbindung zwischen Reibring und Synchronring zu verzichten. Dadurch wird es möglich, Materialien einzusetzen, die nicht mittels der gängigen Fügeverfahren wie Schweißen oder Kleben eingesetzt werden können.
Der Reibring ist zwischen dem Synchronring und dem Gegenkonus gehalten, wobei diese die Anbindung an die übrigen Getriebebauteile übernehmen. Er kann sich im ungeschalteten Zustand zwischen dem Synchronring und dem Gegenkonus durch den Entfall der Mitnehmer lose bewegen. Sobald der entsprechende Gang geschaltet wird, wird der Reibring zwischen dem Konus des Synchronrings und dem mit einer anderen Drehzahl laufenden Gegenkonus verspannt. In diesem Zustand baut der Reibring Reibung auf, sobald ein Drehzahlunterschied zwischen Synchronring und Gegenkonus besteht.
In einer Ausgestaltung der Erfindung besitzt der Reibring die Form des Mantelabschnitts eines Kreiskegelstumpfes und ist vollständig aus Reibmaterial ausgebildet. Aufgrund seiner einfachen geometrischen Form ist ein derartiger Reibring besonders einfach und damit kostengünstig herzustellen. Insbesondere werden spanabhebende Verfahren, welche mit einem Materialabtrag verbunden sind, vermieden, so dass auch teuere Materialen wie Messing oder Karbon wirtschaftlich zum Einsatz kommen können. Der Reibring kann aus aber auch aus Kunststoff, Sintermaterial oder anderen bekannten Materialien bestehen.
Die Erfindung ist nicht darauf beschränkt, dass der Reibring ganz aus einem Material ausgebildet ist. In einer weiteren Variante besitzt der Reibring innenseitig und außenseitig unterschiedliche Reibbeläge aus unterschiedlichen Materialien nach gewünschter Reibwertpaarung.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung besteht der Reibring aus einem Grundkörper, der mit einem Reibmaterial einseitig oder beidseitig beschichtet ist. Der Grundkörper ist beispielsweise ein einfach herzustellender Blechstahlring. Der Blechstahlring kann mit umlaufenden Ausnehmungen versehen sein, in welche Reibkörper aus Reibmaterial eingesetzt sind, welche radial über den Grundkörper hervorstehen. Die Reibkörper sind in diesem Fall in dem Reibring gehalten, aber um mindestens eine Achse verkippbar oder verschiebbar. Die Reibelemente sind in den Ausnehmungen somit käfigartig geführt.
In einer nächsten Variante besteht die Synchronisiereinrichtung aus einem Synchronring, einem Gegenkonus und mehreren Reibringen, welche zwischen dem Synchronring und dem Gegenkonus angeordnet sind. Dadurch wird wie in einer Mehrfachkonussynchronisierung eine höhere Synchronisationsleistung erreicht. Des Weiteren ist es nicht erforderlich, dass die Reibringe aus dem jeweils gleichen Reibmaterial ausgebildet sind. Vielmehr können somit auch unterschiedliche Reibpaarungen auf kostengünstige Weise realisiert werden, ohne dass aufwändige Verbindungstechniken erforderlich sind.
Die Einzelteile sind Synchronring und Reibring sind mit unterschiedlichen Fertigungsverfahren herstellbar. Eine getrennte Fertigung lässt den Einsatz unterschiedlicher Materialstärken zu. So ist in einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der Synchronring aus dünnem Blech gebildet ist, jedoch der Reibring aus dickeren Reibmaterial geformt ist. Es ist weiterhin vorgesehen, dass für das Blech des Synchronrings ein anderer Werkstoff zum Einsatz kommt, als für ein ebenfalls aus Blech ausgebildeter Reibring. Der Synchronring und der Reibring aus gleichem oder unterschiedlichem Werkstoff sind vorteilhaft zumindest an ihrer Oberfläche voneinander abweichenden Härtegraden versehen. Dazu sind der Synchronring und der Reibring unterschiedlich oberflächenbehandelt bzw. gehärtet und/oder unterscheiden sich zumindest in der Härte an ihrer Oberfläche. Dabei sind insbesondere Verfahren zum Härten der Bauteile wie Einsatzhärten, Durchhärten oder Nitrocarburieren vorgesehen. Durch Auswahl unterschiedlicher Blechdicken und/oder Materialarten für den Synchronring und den Reibring ist ein Optimum zwischen Funktion und Kosten bei der Herstellung erreichbar. Die Bearbeitungszeiten sind verkürzt, da z. B. das Schleifen der Reibfläche um den Reibring ohne Anschläge vereinfacht ist.
Werden Ölnuten zur schnelleren Abfuhr des Öls während des Synchronisiervorganges in die Synchronisiereinrichtung eingebracht, so können diese auf dem Synchronring, dem Gegenkonus und/oder auf dem Reibring angeordnet sein. Wenn die Ölnuten auf dem Reibring angeordnet sind und dieser homogen aus einem Reibmaterial besteht, ist es vorteilhaft, den Reibring sowohl außen- als auch innenseitig mit diesen zu versehen und diese zueinander versetzt anzuordnen, um eine Mindeststärke des Reibrings zu erhalten und diesen nicht zu stark zu schwächen.
Zusammenfassend ermöglicht es die Erfindung somit, dass der Synchronring und der Gegenkonus einfacher herzustellen sind und auch der Reibring auf eine kostengünstige Weise hergestellt werden kann. Insbesondere brauchen der Synchronring und der Gegenkonus nicht beschichtet werden. Gleichzeitig ist der Reibring besonders einfach montierbar, da er aufgrund seiner Symmetrie nicht ausgerichtet werden muss, sondern einfach beim Zusammenbau der Synchronisiereinrichtung in diese eingelegt werden kann. Er eignet sich sowohl für Einkonussysteme als auch für Mehrkonussynchronisiereinrichtungen, in welchen mehrere erfindungsgemäße Reibringe hintereinander angeordnet sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1 einen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Synchronisiereinrichtung und
2 einen Reibring mit Ausnehmungen für eine weitere erfindungsgemäße Synchronisiereinrichtung.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Aus 1 ist der Aufbau einer Synchronisiereinrichtung 1 zu entnehmen, die eine Kegelreibkupplung darstellt. Nicht dargestellt sind eine Getriebewelle, die von der Synchronisiereinrichtung 1 umschlossen wird, wobei auf der Getriebewelle ein Gangrad über eine Losradlagerung drehbar angeordnet ist. Mit dem Gangrad ist ein Kupplungskörper 3 fest verbunden. Axial versetzt zum Kupplungskörper 3 ist ein Muffenträger 5 über eine Verzahnung 6 formschlüssig auf der Getriebewelle angeordnet. Der Muffenträger 5 ist außen von einer axial verschiebbar angeordneten Schiebemuffe 7 radial beabstandet umschlossen. In einem zwischen dem Kupplungskörper 3 und dem Muffenträger 5 vorgesehenen Zwischenraum 2, der außen teilweise von der Schiebemuffe 7 umschlossen ist, ist ein Außensynchronring 8 eingesetzt, der innenseitig eine Reibfläche 9 aufweist. Der Synchronring 8 ist außenseitig mit einer Sperrverzahnung 10 versehen, die stirnseitig mit Dachwinkeln 11 versehen ist. Die Sperrverzahnung 11 korrespondiert mit einer am Kupplungskörper 3 angeordneten Kupplungsverzahnung 12. Die Reibfläche 9 des Außensynchronrings wirkt mit einem Reibring 13 zusammen, der axial zwischen dem Außensynchronring 8 und einem Innensynchronring 14 als Gegenkonus 4 angeordnet ist. Der Innensynchronring 14 ist über Mitnehmer 15 formschlüssig mit dem Kupplungskörper 3 verbunden.
Zur Synchronisation ist eine Axialverschiebung der Schiebemuffe 7 von der in 1 dargestellten Neutral- oder Leerlaufposition in Richtung des Kupplungskörpers 3 erforderlich. Diese Axialbewegung löst zunächst eine Vorsynchronisation aus, bei der eine Radialkraft auf den Außensynchronring 8 ausgeübt wird, die sich fortpflanzt über den Reibring 13 auf den Innensynchronring 14, wodurch sich ein Reibmoment aufbaut. In dieser Phase bewirkt das Reibmoment eine Drehzahlanpassung zwischen dem Außensynchronring 8 und der Schie bemuffe 7, so dass eine Erhöhung der Axialkraft zum Verschieben der Schiebemuffe 7 erforderlich ist, damit die Sperrverzahnung 11 des Außensynchronrings 8 formschlüssig in die Innenverzahnung 16 der Schiebemuffe 7 verrastet. Mit dem Anstieg der axialen Verschiebekraft und dem damit verbundenen voll wirksamen Reibmoment erfolgt eine Angleichung der Drehzahlen zwischen der Schiebemuffe 7 und dem Außensynchronring 8 und somit zwischen dem Muffenträger 5 und dem Kupplungskörper 3. Nach der erfolgten Drehzahlanpassung ist ebenfalls der Kupplungskörper 3 und somit das Gangrad synchronisiert aufgrund des Reibringes 13, der einen Reibschluss zwischen dem Außensynchronring 8 und dem Innensynchronring 14 herstellt. Ist die Drehzahlsynchronisation zwischen dem Muffenträger 5 und dem Kupplungskörper 3 mit dem Gangrad erreicht, ist ein Durchschalten der Schiebemuffe 7 bis zu einer Überdeckung der Kupplungskörperverzahnung 12 möglich.
Sowohl der Außensynchronring 8 als auch der Innensynchronring 16 weisen Mitnehmer 15 auf, über welche sie mit anderen Bauteilen formschlüssig verbunden sind. Der zwischen ihnen angeordnete Reibring 13 weist radial gesehen eine wesentlich geringere Dicke auf und besitzt keine Mitnehmer. Im ungeschalteten Zustand ist der Reibring zwischen den Synchronringen frei beweglich. Der Reibring 13 besteht aus einem homogenen Reibmaterial, welches eine Beschichtung des Synchronrings 8 und des Gegenkonus' 14 entbehrlich macht.
2 zeigt die perspektivische Ansicht eines Reibringes 13, dessen Ringkörper 17 Ausnehmungen 18 aufweist, in denen nicht dargestellte Reibelemente angeordnet sind. Die Ausnehmungen 18 sind umfangsseitig äquidistant angeordnet und verlaufen in axialer Richtung. Die einzusetzenden Reibelemente sind vorteilhafterweise sphärisch gewölbt und vom Durchmesser her dicker als der Ringkörper 17. Die zwischen den einzelnen Reibelementen somit verbleibenden Stegbereiche 19 bilden Ölnuten 20 und führen das Getriebeöl während des Synchronisationsprozesses in gewünschter Weise ab.

1: Synchronisiereinrichtung
2: Zwischenraum
3: Kupplungskörper
4: Gegenkonus
5: Muffenträger
6: Verzahnung
7: Schiebemuffe
8: Außensynchronring
9: Reibfläche
10: Sperrverzahnung
11: Dachwinkel
12: Kupplungsverzahnung
13: Reibring
14: Innensynchronring
15: Mitnehmer
16: Innenverzahnung
17: Ringkörper
18: Ausnehmungen
19: Stegbereiche
20: Ölnuten

Claims

Synchronisiereinrichtung (1) eines Kraftfahrzeuggetriebes mit zumindest einem Synchronring (8) und einem Gegenkonus (14), wobei der Synchronring (8) und der Gegenkonus (14) im geschalteten Zustand mit gleicher Geschwindigkeit rotieren, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Synchronring (8) und dem Gegenkonus (14) ein Reibring (13) angeordnet ist, wobei der Reibring (13) im ungeschalteten Zustand zwischen dem Synchronring (8) und dem Gegenkonus (14) frei bewegbar und lose angeordnet ist.
Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Reibringe (13) zwischen dem Synchronring (8) und dem Gegenkonus (14) angeordnet sind.
Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibring (13) ganz aus Reibmaterial wie Sintermaterial, Kunststoff, Carbon und/oder Messing ausgebildet ist.
Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibring (13) mit einem Reibmaterial beschichtet ist.
Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibring (13) radial innenseitig und außenseitig unterschiedliche Reibbeläge aufweist.
Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibring (13) Ölnuten (20) aufweist.
Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass beidseitig Ölnuten (20) angeordnet sind, wobei die Ölnuten innenseitig und außenseitig versetzt angeordnet sind.
Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibring (13) aus einem Ringkörper (17) mit Ausnehmungen (18) ausgebildet ist, wobei im Ringkörper (17) Reibelemente in den Ausnehmungen (18) käfigartig geführt sind.
Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Synchronring (8) spanlos und umformtechnisch aus Blech oder aus Kunststoff hergestellt ist und keine Beschichtung aufweist.
Reibring für eine Synchronisiereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibring (13) konisch ist und keine Mitnehmer aufweist.