DE102007031297A1

DE102007031297A1 - Synchronisiereinrichtung für ein Schaltgetriebe

Info

Publication number: DE102007031297A1
Application number: DE200710031297
Authority: DE
Inventors: Carsten Rheinsberg
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2007-07-05
Filing date: 2007-07-05
Publication date: 2009-01-08

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Synchronisiereinrichtung (1) für ein Schaltgetriebe, mit der mindestens ein Losrad (2) relativ zu einer Welle (3) wahlweise drehbar gehalten oder drehfest gelegt werden kann. Um die Synchronisationseinreichung mit wenigen Bauteilen zu realisieren, sieht die Erfindung eine Verdrängerpumpe (4), insbesondere eine Zahnringpumpe, vor, die mindestens ein sich relativ zu einem in einem Pumpengehäuse (5) befestigten Gegenelement (6) drehendes Verdrängungselement (7) aufweist, wobei das Losrad (2) mit dem Pumpengehäuse (5) oder dem Verdrängungselement (7) drehfest verbunden ist und wobei die Welle (3) mit dem Verdrängungselement (7) oder dem Pumpengehäuse (5) drehfest verbunden ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Synchronisiereinrichtung für ein Schaltgetriebe, mit der mindestens ein Losrad relativ zu einer Welle wahlweise drehbar gehalten oder drehfest gelegt werden kann.
Hintergrund der Erfindung
Eine Synchronisiereinrichtung dient zum Schalten von Gangrädern in einem Getriebe. Dabei wird bei einer weit verbreiteten Art der Einrichtung eine Anordnung von Synchronringen einem Gangrad zugeordnet. Die Anordnung hat mindestens zwei und häufig drei Synchronringe, nämlich einen Synchron-Innenring, einen Synchron-Außenring und einen dazwischen angeordneten Synchron-Zwischenring.
Die Synchronringe sind längs der Drehachse der Getriebewelle bzw. längs der Drehachse der Synchronringe so ineinander geschoben, dass der Synchron- Außenring den Synchron-Innenring in Umfangsrichtung umfasst. Jeder Synchronring weist mindestens eine Ringfläche auf, mit der während der Synchronisation der Drehzahlen der Getriebewelle mit den Drehzahlen der zu schaltenden Gangräder ein reibschlüssiger Kontakt zu einer weiteren Ringfläche hergestellt wird. Jede der Reibflächen liegt an einem der Synchronringe einer Reibfläche eines anderen Synchronringes gegenüber.
Bekannt ist es auch, hydraulische Elemente in einer solchen Synchronisiereinrichtung vorzusehen. Die axiale Verschiebung von Synchronringen mittels hydraulischer Aktuatoren wird beispielsweise in der US 3,904,006 und in der US 4,055,240 beschrieben.
Es bleibt jedoch bei dem Prinzip, eine Synchronisierung durch Reibelemente herzustellen, bis eine formschlüssige Einkupplung zwischen einem Losrad und einem Wellenteil hergestellt werden kann.
Die DE 197 33 673 A1 beschreibt eine formschlüssige Schaltkupplung mit einem Muffenträger, der mit einem zu kuppelnden Bauteil drehfest verbunden ist, und mit einer Schiebemuffe, die aus einem Mitnehmerring und einer Schaltnabe aufgebaut ist, die über eine Rutschkupplung miteinander verbunden sind. Die Rutschkupplung ist dabei als Flüssigkeitskupplung ausgebildet, bei der das Drehmoment über ein viskoses Mittel übertragen wird.
Nachteilig ist bei diesen vorbekannten Vorrichtungen, dass sie relativ viele Bauteile aufweisen, die zum Teil relativ aufwändig gefertigt werden müssen. Dies gilt insbesondere für die mit Verzahnungen ausgestatteten Bauteile. Die Fertigung der präzisen Form der Verzahnungen ist aufwändig und damit teuer. Weiterhin haben vorbekannte Lösungen häufig ein relativ hohes Gewicht. Schließlich ist oft auch ein hoher Abstimmungsaufwand erforderlich, um die Synchronisiereinrichtung präzise betreiben zu können.
Aufgabe der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Synchronisiereinrichtung der eingangs genannten Art so fortzubilden, dass es mit weniger Bauteilen möglich wird, den Synchronisiervorgang mit einer vereinfachten Funktion zu bewerkstelligen. Dabei sollen die benötigten Bauteile möglichst einfach ausgestaltet sein, um sie preiswert herstellen zu können. Dennoch soll reproduzierbar eine Drehzahldifferenz zwischen zwei Bauteilen ausgeglichen und die drehmomentübertragende Verbindung zwischen einem Losrad und einer Welle geschaltet werden können.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist gekennzeichnet durch eine Verdrängerpumpe, die mindestens ein sich relativ zu einem in einem Pumpengehäuse befestigten Gegenelement drehendes Verdrängungselement aufweist, wobei das Losrad mit dem Pumpengehäuse oder dem Verdrängungselement drehfest verbunden ist und wobei die Welle mit dem Verdrängungselement oder dem Pumpengehäuse drehfest verbunden ist.
Die Synchronisation des Losrades erfolgt also erfindungsgemäß unter Nutzung einer Verdrängerpumpe.
Diese hat zumeist eine Zuleitung und eine Ableitung, die an voneinander beabstandeten Stellen des Gegenelements in den Verdrängungsraum münden, der zwischen dem Verdrängungselement und dem Gegenelement definiert wird. In der Zuleitung und in der Ableitung sind vorzugsweise steuerbare oder regelbare Ventilmittel angeordnet.
Besonders bevorzugt ist die Verdrängerpumpe als Zahnradpumpe ausgeführt, bei der das Verdrängungselement als Zahnrad und bei der das Gegenelement als Gegenzahnring ausgebildet ist, wobei das Zahnrad in kämmendem Kontakt mit dem Gegenzahnring ist.
Die Zahnradpumpe ist mit besonderem Vorteil als Zahnringpumpe ausgebildet und weist ein einziges Zahnrad auf, das mit dem Gegenzahnring in kämmendem Kontakt ist. Dabei haben das Zahnrad vorzugsweise eine trochoidenförmige Außenverzahnung und der Gegenzahnring eine entsprechende Gegenverzahnung.
Das Losrad ist vorzugsweise mittels eines Nadellagers auf der Welle drehbar gelagert.
Die Ventilmittel können als Magnetventile ausgebildet sein. Eine andere bevorzugte Lösung sieht vor, dass die Ventilmittel durch mindestens ein Piezoelement gesteuert werden.
Zur Übertragung hoher Drehmomente hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Synchronisiereinrichtung des weiteren eine mechanische Kupplung aufweist, mit der wahlweise eine formschlüssige Verbindung zwischen Losrad und Welle herstellbar ist. Dabei hat es sich bewährt, wenn die mechanische Kupplung eine Schiebemuffe mit einer Klauenverzahnung aufweist.
Mit der vorgeschlagenen Ausgestaltung einer Synchronisiereinrichtung wird es möglich, auf den Einsatz komplexer verzahnter Bauteile zu verzichten. Die bevorzugt vorgesehene Zahnringpumpe baut klein, so dass insgesamt eine kompakte Bauweise ermöglicht wird, die auch relativ leicht ist.
Kurze Beschreibung der Figuren
In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
1 schematisch den Schnitt A-A gemäß 2 durch eine Synchronisiereinrichtung in der Vorderansicht,
2 die zu 1 zugehörige Seitenansicht im Schnitt B-B gemäß 1.
Ausführliche Beschreibung der Figuren
In den 1 und 2 ist eine Synchronisiereinrichtung 1 zu sehen. Die Einrichtung umfasst ein Losrad 2, das mittels eines Nadellagers 13 auf einer Welle 3 gelagert ist. Ziel ist es, mit der Synchronisiereinrichtung 1 eine drehfeste Verbindung zwischen dem Losrad 2 und der Welle 3 herzustellen oder zu lösen, wobei die Herstellung der drehfesten Verbindung im Sinne einer Synchronisation in gesteuerter Weise erfolgen soll.
Als Kernelement der Synchronisiereinrichtung 1 ist eine Verdrängerpumpe 4 vorgesehen, die im Ausführungsbeispiel als Zahnradpumpe ausgebildet ist, insbesondere als Zahnringpumpe. Zahnringpumpen sind im Stand der Technik hinlänglich bekannt und werden häufig als Motorölpumpe in Verbrennungsmotoren eingesetzt.
Generell sei zu der erfindungsgemäß vorgesehenen Verdrängerpumpe folgendes bemerkt: Die bevorzugt eingesetzte Zahnradpumpe als Unterart der Verdrängerpumpe besteht prinzipiell aus den Bauteilen Gehäuse mit Zu- und Ablauf und mindestens einem Zahnrad (oft zwei Zahnräder). Je nach Anordnung und Größe der Zahnräder wird zwischen Außen-, Innenzahnrad-, Zahnringpumpen und Schraubenpumpen unterschieden.
Die Außenzahnradpumpe weist eine Evolventenverzahnung auf, die das zu fördernde Medium in den Räumen zwischen Zähnen und Gehäuse transportiert. Bei der Innenzahnrad- und Zahnringpumpe (auch Eaton-Pumpe genannt) läuft das treibende Zahnrad exzentrisch in einer Innenverzahnung eines Zahnrings.
Bei der Zahnringpumpe wird das Medium durch den sich im Volumen verändernden Verdrängungsraum zwischen den Zahnlücken gefördert. Bei der sog. Sichelpumpe wird das zu fördernde Medium in den Räumen zwischen den Zahnlücken der beiden Zahnräder gefördert.
Während der Außenring einer Zahnringpumpe genau einen Zahn mehr als das Innenrad hat und meistens eine Trochoidenverzahnung aufweist, sind es bei der Innenzahnrad- oder Sichelpumpe außen deutlich mehr Zähne als innen.
Im Ausführungsbeispiel kommt eine Zahnringpumpe 4 zum Einsatz. Sie hat ein Pumpengehäuse 5, in dem als Gegenelement ein Gegenzahnring 6 fest angeordnet ist. Das Pumpengehäuse 5 ist zwecks einfacher Montage zweiteilig ausgeführt (s. 2).
Der Gegenzahnring 6 hat eine trochidenförmige Innenverzahnung. Mit dieser kämmt eine trochoidenförmige Außenverzahnung eines Verdrängungselements in Form eines Zahnrades 7. Die Trochoidenverzahnung des Zahnrads 7 hat einen Zahn weniger als die Verzahnung des Gegenzahnrings 6.
Beim Drehen des Zahnrads 7 relativ zum Gegenzahnring 6 kommt es zu einem Fördern von Fluid infolge des sich ausbildenden Verdrängungsraums 10 (s. 1). Dieser Verdrängungsraum 10 ist mit zwei voneinander beabstandeten Leitungen, nämlich mit einer Zuleitung 8 und einer Ableitung 9, verbunden. In jeder Leitung 8, 9 ist je ein steuerbares bzw. regelbares Ventilmittel 11 bzw. 12 angeordnet. Die Abdichtung zwischen Pumpengehäuse 5 und Welle 3 erfolgt durch eine Dichtung 14. Bauartbedingt ist der Gegenzahnring 6 im Pumpengehäuse 5 exzentrisch angeordnet.
Das Losrad 2 ist drehfest mit dem Pumpengehäuse 5 verbunden; die Welle 3 ist indes drehfest mit dem Zahnrad 7 verbunden.
Das Synchronisationssystem für einen Gang besteht also aus dem Losrad 2 des Ganges und der Zahnringpumpe 4.
Die Funktionsweise der Synchronisiereinrichtung 1 ist wie folgt:
Solange zwischen dem Losrad 2 und dem drehfest mit dem Losrad verbundenen Gegenzahnring 6 einerseits und der Welle 3 und dem mit dieser drehfest verbundenen Zahnrad 7 andererseits eine Drehzahldifferenz vorliegt, wird Hydrauliköl durch das Ventil 11 und die Zuleitung 8 angesaugt und durch das andere Ventil 12 und die Ableitung 9 herausgefördert.
Soll der entsprechende Gang geschaltet werden, wird das Ventil 12 geschlossen. Dies hat zur Folge, dass das Losrad 2 gegen den hydraulischen Druck arbeiten muss und dadurch abgebremst wird. Bei vollständigem Schließen des Ventils 12 kann kein Öl mehr durch die Zahnringpumpe 4 fließen, so dass eine drehfeste Verbindung zwischen Losrad 2 und Welle 3 hergestellt ist. Die Dauer der Drehzahlangleichung kann durch gezieltes Schließen des Ventils 12 gesteuert bzw. geregelt werden.
Die genannte Funktion kann sowohl beim Hochschalten als auch beim Herunterschalten genutzt werden, indem jeweils eines der beiden Ventile 11 oder 12 entsprechend angesteuert wird.
Das Ansteuern der Ventile 11, 12 kann durch magnetische Feldkräfte oder elektrische Spannung geschehen, beispielsweise durch die Verwendung von Magnetventilen oder von Piezo-Elementen.
Die Drehmomentübertragung selber kann nach der Durchführung des Synchronisationsvorganges mit der Zahnringpumpe 4 erfolgen, was allerdings abhängig ist von dem hierfür nötigen Druck im System.
Für hohe Drehmomente (insbesondere 1. Gang und Rückwärtsgang) kann das System mit einer einfachen Schiebemuffe-Klauenverzahnung kombiniert werden. Für die höheren Gänge ist eine kraftschlüssige Drehmomentübertragung alleine mittels der Zahnringpumpe 4 denkbar.
Auf die Funktionsweise der Zahnringpumpe selber wird nicht näher eingegangen, da diese im Stand der Technik hinlänglich bekannt ist.

1: Synchronisiereinrichtung
2: Losrad
3: Welle
4: Verdrängerpumpe (Zahnradpumpe/Zahnringpumpe)
5: Pumpengehäuse
6: Gegenelement (Gegenzahnring)
7: Verdrängungselement (Zahnrad)
8: Zuleitung
9: Ableitung
10: Verdrängungsraum
11: Ventilmittel
12: Ventilmittel
13: Nadellager
14: Dichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- US 3904006 [0004]
- US 4055240 [0004]
- DE 19733673 A1 [0006]

Claims

Synchronisiereinrichtung (1) für ein Schaltgetriebe, mit der mindestens ein Losrad (2) relativ zu einer Welle (3) wahlweise drehbar gehalten oder drehfest gelegt werden kann, gekennzeichnet durch eine Verdrängerpumpe (4), die mindestens ein sich relativ zu einem in einem Pumpengehäuse (5) befestigten Gegenelement (6) drehendes Verdrängungselement (7) aufweist, wobei das Losrad (2) mit dem Pumpengehäuse (5) oder dem Verdrängungselement (7) drehfest verbunden ist und wobei die Welle (3) mit dem Verdrängungselement (7) oder dem Pumpengehäuse (5) drehfest verbunden ist.
Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrängerpumpe (4) eine Zuleitung (8) und eine Ableitung (9) aufweist, die an voneinander beabstandeten Stellen des Gegenelements (6) in den Verdrängungsraum (10) münden, der zwischen dem Verdrängungselement (7) und dem Gegenelement (6) definiert wird.
Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Zuleitung (8) und in der Ableitung (9) steuerbare oder regelbare Ventilmittel (11, 12) angeordnet sind.
Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrängerpumpe (4) eine Zahnradpumpe (4) ist, bei der das Verdrängungselement (7) als Zahnrad und bei der das Gegenelement (6) als Gegenzahnring ausgebildet ist, wobei das Zahnrad (7) in kämmendem Kontakt mit dem Gegenzahnring (6) ist.
Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnradpumpe (4) als Zahnringpumpe ausgebildet ist und ein einziges Zahnrad (7) aufweist, das mit dem Gegenzahnring (6) in kämmendem Kontakt ist.
Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Zahnrad (7) eine trochoidenförmige Außenverzahnung und der Gegenzahnring (6) eine entsprechende Gegenverzahnung aufweist.
Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Losrad (2) mittels eines Nadellagers (13) auf der Welle (3) drehbar gelagert ist.
Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilmittel (11, 12) als Magnetventile ausgebildet sind.
Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilmittel (11, 12) durch mindestens ein Piezoelement gesteuert werden.
Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie des weiteren eine mechanische Kupplung aufweist, mit der wahlweise eine formschlüssige Verbindung zwischen Losrad (2) und Welle (3) herstellbar ist.
Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Kupplung eine Schiebemuffe mit einer Klauenverzahnung aufweist.