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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Synchronisierungsanordnung für ein Bereichsgetriebe eines Fahrzeugbetriebes gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
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Aus der
DE 10 40 385 B ist eine Vorrichtung zum Kuppeln zweier Teile, insbesondere für Zahnräderwechselgetriebe, bekannt. Dabei wird ein axial beweglicher Kupplungszahn als ein nachgiebiges Leitelement ausgebildet, das über ein Federelement axial in Richtung einer Verzahnung einer Schiebemuffe gedrückt wird. Zudem drückt das Federelement das Leitelement radial in eine Führungsnut, die schräg in einer Nut angeordnet ist und eine axiale Bewegung des Leitelements ermöglicht. Wenn die Schiebemuffe gegen das Leitelement drückt, weicht das Leitelement diesem Druck gegen das Federelement aus und bewegt sich dabei unter einem Winkel.
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Beispielsweise aus der Druckschrift
DE 41 21 757 A1 ist ein Bereichsgetriebe für Kraftfahrzeuge mit einer Synchronisierungsanordnung bekannt. Das Bereichsgetriebe ist als Planetengetriebe mit einem drehfest auf einer Ausgangswelle eines Grundgetriebes angeordneten Sonnenrad, mit einem drehfest mit einer Abtriebswelle des Bereichsgetriebes verbundenen Steg und mit einem Hohlrad ausgebildet, welches über eine konzentrisch zur Ausgangs- oder Abtriebswelle angeordnete Schaltkupplung in einer ins Langsame übersetzten Schaltstufe des Bereichsgetriebes mit einem Getriebegehäuse und in einem direkten Durchtrieb mit einem Antriebs- oder Abtriebsglied verbindbar ist, wobei die Schaltkupplung eine Synchronisierungsanordnung mit einer axial verschiebbaren Schiebemuffe aufweist, deren Verzahnung in zwei axialen Endstellungen der Schiebemuffe jeweils mit einer Verzahnung eines Kupplungskörpers am Getriebegehäuse oder am An- beziehungsweise Abtriebsglied in Eingriff bringbar ist.
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Bei dem Getriebe mit nachgeschalteter Planetengruppe weist bei einer Schaltung vom Schnellen zum Langsamen der Kupplungskörper der langsamen Gruppe die Winkelgeschwindigkeit null auf, wobei die Schiebemuffe mit den anhängenden Massen des Hohlradträgers und der Planetenräder über die Synchronisierung von einer Winkelgeschwindigkeit größer null auf die Winkelgeschwindigkeit annähernd Null herunter gebremst wird. Dabei kann es passieren, dass sich die Zähne der Verzahnung der Schiebemuffe und des gehäuseseitigen Kupplungskörpers genau gegenüberstehen, so dass eine Zahn auf Zahnstellung vorliegt. Dies bedeutet, dass ein Formschluss der Verzahnungselemente nicht möglich ist, so dass der Kraftschluss zwischen dem Motor und den Antriebsrädern unterbrochen ist. Dies kann unter Umständen zu fahrkritischen Situationen führen.
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Demnach liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Synchronisierungsanordnung der eingangs beschriebenen Gattung vorzuschlagen, bei der eine Zahn auf Zahnstellung zwischen der Verzahnung der Schiebemuffe und der Verzahnung des gehäuseseitigen Kupplungskörpers verhindert wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und den Zeichnungen.
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Demnach wird eine Synchronisierungsanordnung für ein Bereichsgetriebe, z. B. für ein Planetengetriebe oder dergleichen, eines Fahrzeuggetriebes mit zumindest einem gehäuseseitigen Kupplungskörper und einem an- oder abtriebsseitigen Kupplungskörper vorgeschlagen, die über eine axial betätigbare Schiebemuffe mit einem weiteren Element zur Bildung einer Übersetzung koppelbar sind, wobei während eines Einspurvorganges eine Verzahnung der Schiebemuffe als Einspurverzahnung mit der Verzahnung des gehäuseseitigen Kupplungskörpers zum Schalten des Bereichsgetriebes in die langsamere der Übersetzungen in Eingriff bringbar ist. Erfindungsgemäß kann zumindest ein gehäuseseitiges Hebelelement oder dergleichen derart vorgespannt sein, dass auf die in Richtung des Hebelelements axial bewegte Schiebemuffe ein vorbestimmter Drehimpuls vor Beginn des Einspurvorganges aufbringbar ist.
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Das Element zur Bildung einer Übersetzung kann beispielsweise als Synchronkörper oder als Hohlrad eines Planetenradsatzes ausgebildet sein. Bei Verwendung eines antriebsseitigen Kupplungskörpers ist der antriebsseitige Kupplungskörper beispielsweise mit einer Eingangswelle des Bereichsgetriebes verbunden, während bei Verwendung eines abtriebsseitigen Kupplungskörpers der abtriebsseitige Kupplungskörper beispielsweise mit einer Abtriebswelle des Bereichsgetriebes verbunden ist.
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Unabhängig davon, ob bei der Einspurverzahnung eine Zahn auf Zahnstellung vorliegt oder nicht, kann bei der vorgeschlagenen Synchronisierungsanordnung die Schiebemuffe während des Kontaktes mit dem Hebelelement immer zumindest einen geringen Drehimpuls beziehungsweise eine geringe Winkelbeschleunigung erhalten, wodurch die Schiebemuffe und die mit ihr verbundenen Bauteile eine kinetische Energie in Form einer Drehbewegung aufnehmen. Da dies vor Beginn des Einspurvorganges erfolgt, liegt zu Beginn des Einspurvorganges zumindest eine geringe Geschwindigkeitsdifferenz zwischen der Schiebemuffe und dem gehäuseseitigen Kupplungskörper vor. Bei einer Zahn auf Zahnstellung bei der Einspurverzahnung gleiten somit die beiden Stirnflächen der Einspurverzahnung aufgrund der Massenträgheit voneinander ab, so dass ein normaler Einspurvorgang ermöglicht wird. Wenn die Zähne der Einspurverzahnung auf Lücke stehen, treffen die Zahnflanken aufeinander, so dass auch in diesem Fall ein normaler Einspurvorgang erfolgen kann.
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Um der Schiebemuffe einen Drehimpuls aufbringen zu können, kann das der Schiebemuffe zugewandte Ende des Hebelelements eine Anlagefläche zum axialseitigen Anliegen an der Schiebemuffe aufweisen. Beispielsweise kann der Anlagebereich aus einem Material mit einem hohen Reibungskoeffizienten gefertigt sein, um einen Reibschluss zwischen dem Hebelelement und der Schiebemuffe zu erhalten. Vorzugsweise können mehrere zum Beispiel drei bis sechs Hebelelemente über den Umfang der Gehäuseplatte verteilt angeordnet sein, damit ein Verkippen der Schiebemuffe beim Zusammentreffen mit dem Hebelelement verhindert wird.
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Dadurch, dass die Anlagefläche des Hebelelements axial in Richtung der Schiebemuffe weiter vorsteht als die Außenverzahnung des gehäuseseitigen Kupplungskörpers kann sichergestellt werden, dass das Aufbringen des Drehimpulses auf die Schiebemuffe vor Beginn des Einspurvorganges erfolgt.
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Eine mögliche Ausgestaltung der Erfindung kann vorsehen, dass das Hebelelement beispielsweise aus einer Aussparung oder dergleichen einer mit dem gehäuseseitigen Kupplungskörper verbundenen Gehäuseplatte schwenkbar angeordnet ist. Es sind auch andere Anordnungsmöglichkeiten denkbar. Vorzugsweise kann die Schwenkachse des Hebelelements in der Ebene der Gehäuseplatte angeordnet sein. Es sind aber auch andere Anordnungsmöglichkeiten der Schwenkachse denkbar.
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Aufgrund des axialen Weiterbewegens der an der Anlagefläche des Hebelelements anliegenden Schiebemuffe kann eine Drehbewegung der Schiebemuffe durch die in Richtung der Gehäuseplatte verursachte Schwenkbewegung des Hebelelements erzeugt werden. Die Schiebemuffe wird aufgrund der Anhaftung an der Anlagefläche des Hebelelements mitgeschleppt, wodurch die Schiebemuffe aufgrund der Schwenkbewegung des Hebelelements seitlich verdreht wird.
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Die Vorspannung des Hebelelements in seiner Ausgangsposition kann beispielsweise durch eine Schenkelfeder oder dergleichen erzeugt werden, die mit einem Ende an der Gehäuseplatte und mit dem anderen Ende an dem Hebelelement befestigt ist. Es sind jedoch auch andere Mittel verwendbar, die eine geeignete Vorspannung auf das Hebelelement aufbringen.
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Es hat sich gezeigt, dass das Hebelelement bei der erfindungsgemäßen Synchronisierungsanordnung vorzugsweise in einem Winkel von 60° oder dergleichen zur Gehäuseplatte geneigt ist, wenn sich das Hebelelement in seiner Ausgangsposition befindet.
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Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische, dreidimensionale Teilansicht einer möglichen Ausführungsvariante einer Synchronisierungsanordnung;
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2 eine Draufsicht auf einen Ausschnitt der Synchronisierungsanordnung in einer Ausgangsstellung mit heraus geschwenktem Hebelelement;
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3 eine Draufsicht auf einen Ausschnitt der Synchronisierungsanordnung kurz vor einer Zahn auf Zahnstellung der Einspurverzahnung;
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4 eine Draufsicht auf einen Ausschnitt der Synchronisierungsanordnung beim Aufbringen eines Drehimpulses auf eine Schiebemuffe;
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5 eine Draufsicht auf einen Ausschnitt der Synchronisierungsanordnung beim Anschnäbeln der Einspurverzahnung;
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6 eine Draufsicht auf einen Ausschnitt der Synchronisierungsanordnung zu Beginn des Einspurvorganges; und
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7 eine Draufsicht auf einen Ausschnitt der Synchronisierungsanordnung am Ende des Einspurvorganges.
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In den 1 bis 7 sind verschiedene Ansichten einer Ausführungsvariante der Synchronisierungsanordnung dargestellt, wobei die Synchronisierungsanordnung nur teilweise gezeigt ist. Die dargestellten Bauteile der Synchronisierungsanordnung sind zur besseren Darstellung eben gezeigt, wobei die Rotationssymmetrie nicht berücksichtigt ist.
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Die Synchronisierungsanordnung für ein Bereichsgetriebe eines Fahrzeuggetriebes umfasst einen gehäuseseitigen Kupplungskörper 1 und einen nicht weiter dargestellten an- oder abtriebsseitigen Kupplungskörper, die hier über eine in axialer Richtung betätigbare Schiebemuffe 3 mit einem Synchronkörper 7 koppelbar sind, wobei eine Außenverzahnung 5 des gehäuseseitigen Kupplungskörpers 1 und eine Innenverzahnung 4 der Schiebemuffe 3 auch als Einspurverzahnung bezeichnet werden. Die Synchronisierungsanordnung weist einen Synchronring 2 zur Drehzahlanpassung der zu koppelnden Teile 1, 7 auf. Die Schiebemuffe 3 wird durch eine nicht weiter dargestellte Schaltgabel zwischen ihren axialen Endpositionen verstellt, um mit dem Bereichsgetriebe eine Übersetzung ins Langsamere oder ins Schnellere zu ermöglichen.
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Um beispielsweise eine Übersetzung ins Langsamere bei dem Bereichsgetriebe zu realisieren, wird die Innenverzahnung 4 der Schiebemuffe 3 durch axiales Verschieben der Schiebemuffe 3 in Richtung des gehäuseseitigen Kupplungskörpers 1 mit der Außenverzahnung 5 des gehäuseseitigen Kupplungskörpers 1 in Eingriff gebracht. Der gehäuseseitige Kupplungskörper 1 ist fest mit einer Gehäuseplatte 6 verbunden, die wiederum an dem nicht weiter dargestellten Getriebegehäuse befestigt ist.
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Erfindungsgemäß umfasst die Synchronisierungsanordnung zumindest ein Hebelelement 8, welches in einer Aussparung 11 der Gehäuseplatte 6 schwenkbar gelagert ist, wobei das Hebelelement 8 in einer eingeschwenkten Position vollständig in der Aussparung 11 der Gehäuseplatte 6 aufgenommen wird. Das Hebelelement 8 wird hier über eine Schenkelfeder 9 mit einer vorbestimmten Kraft an seinen Endanschlag 12 gedrückt, welcher auch die Ausgangsposition ist. In der Ausgangsposition ist das Hebelelement 8 etwa in einem Winkel von etwa 60° zur Gehäuseplatte 6 geneigt. Die Schwenkachse 13 des Hebelelements 8 liegt in der Ebene der Gehäuseplatte 6.
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Wenn die Schiebemuffe 3 zum Schalten des Bereichsgetriebes in axialer Richtung zur Gehäuseplatte 6 bewegt wird, berührt die Schiebemuffe 3 das Hebelelement 8 an einer Anlagefläche 10. Wenn die Schiebemuffe 3 beispielsweise mit einer Winkelgeschwindigkeit von null auf das Hebelelement 8 trifft, erfährt das Hebelelement 8 dabei bedingt durch den Abstand s, welcher in 3 angedeutet ist, ein rechtsdrehendes Moment. Dadurch weicht das Hebelelement 8 zur Getriebeplatte 6 aus und verschwindet schließlich nach Beendigung des Einspurvorganges darin. Durch die Reibung zwischen dem Hebelelement 8 und der Schiebemuffe 3 an der Anlagefläche 10 wird die Schiebemuffe 3 von der Schwenkbewegung des Hebelelements 8 mitgeschleppt, wodurch auf die Schiebemuffe 3 ein entsprechender Drehimpuls aufgebracht wird.
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Das axiale Aufeinandertreffen der Schiebemuffe 3 mit dem Hebelelement 8 sollte unmittelbar nach dem Entsperren erfolgen, damit die Schiebemuffe 3 beim Auftreffen auf das Hebelelement 8 eine möglichst geringe kinetische Energie hat und damit unnötige Belastungen des Hebelelements 8 vermieden werden. Darüber hinaus ergibt sich der Vorteil, dass ein maximaler axialer und tangentialer Weg genutzt werden kann, um den Drehimpuls auf die Schiebemuffe 3 einzuleiten.
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Vorzugsweise können mehrere zum Beispiel drei bis sechs Hebelelemente 8 über den Umfang der Gehäuseplatte verteilt angeordnet sein, damit ein Verkippen der Schiebemuffe 3 beim Zusammentreffen mit dem Hebelelement 8 verhindert wird, wobei in den Figuren lediglich ein Hebelelement 8 dargestellt ist.
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In den 2 bis 7 sind verschiedene Betriebszustände der erfindungsgemäßen Synchronisierungsanordnung dargestellt. In 2 ist die Ausgangsstellung dargestellt, in der sich das Hebelelement 8 in seiner etwa um 60° von der Gehäuseplatte 6 heraus geschwenkten Position befindet. Das Hebelelement 8 befindet sich in dieser Position an dem Endanschlag 12 der Gehäuseplatte 6. Die Schiebemuffe 3 berührt in der Ausgangsstellung noch nicht das Hebelelement 8. Der Abstand zwischen der Schiebemuffe 3 in Ausgangsstellung und dem Hebelelement 8 ist durch das Bezugsmaß N in 2 angedeutet. Das Bezugsmaß L deutet den Abstand zwischen der Außenverzahnung 5 des gehäuseseitigen Kupplungskörpers 1 und der Innenverzahnung 4 der Schiebemuffe 3 in der Ausgangsstellung der Schiebemuffe 3 an.
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In 3 beginnt gerade die Berührung zwischen dem Hebelelement 8 und der Schiebemuffe 3, wobei sich die Innenverzahnung 4 der Schiebemuffe 3 und die Außenverzahnung 5 des gehäuseseitigen Kupplungskörper 1, also die Einspurverzahnung, immer noch in einer Zahn-auf-Zahnstellung befinden, sich jedoch noch nicht berühren. In der 3 stellt das Bezugsmaß S den Abstand zwischen der Schwenkachse 13 und der Anlagefläche 10 des Hebelelements 8 dar.
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In den 2 und 3 wird die Zahn-auf-Zahnstellung durch das Bezugsmaß A angedeutet. Das Bezugsmaß A ist ein Maß, das die Relativlage der Schiebemuffe 3 zum gehäuseseitigen Kupplungskörper 1 beschreibt und somit durch eine Verdrehung der Schiebemuffe 3 in Umfangsrichtung veränderbar ist.
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4 stellt die weitere axiale Bewegung der Schiebemuffe 3 dar, wodurch eine Winkelbeschleunigung bei der Schiebemuffe 3 aufgrund des Eindrehens bzw. Einschwenkens des Hebelelements 8 und dem damit verbundenen Mitschleppen der Schiebemuffe 3 erreicht wird. Dadurch wird die Einspurverzahnung aus der Zahn auf Zahnstellung heraus gedreht, welches durch das in 4 angegebene, vergrößerte Bezugsmaß A erkennbar ist.
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In 5 wird die weitere axiale und tangentiale Bewegung der Schiebemuffe 3 gezeigt, wodurch das so genannte Anschnäbeln der Einspurverzahnung ermöglicht wird, welches hier beispielhaft an den Zugflanken der Einspurverzahnung angedeutet ist. In diesem Zustand ist das Bezugsmaß A größer ausgebildet als in der 4.
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6 zeigt den Beginn des Einspurvorganges, bei dem sich die Schiebemuffe 3 wieder etwas zurückdreht, welches durch das Entlanggleiten an den Flanken der Einspurverzahnung erzeugt wird. Durch das Zurückdrehen der Schiebemuffe verkleinert sich das Bezugsmaß A.
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Schließlich zeigt 7 das Ende des Einspurvorganges, bei dem das Hebelelement 8 vollständig in der Aussparung 11 der Gehäuseplatte 6 verschwunden ist. Damit ist der Schaltvorgang bei der Synchronisierungsanordnung beendet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- gehäuseseitiger Kupplungskörper
- 2
- Synchronring
- 3
- Schiebemuffe
- 4
- Innenverzahnung der Schiebemuffe
- 5
- Außenverzahnung des gehäuseseitigen Kupplungskörpers
- 6
- Gehäuseplatte
- 7
- Synchronkörper
- 8
- Hebelelement genau
- 9
- Schenkelfeder
- 10
- Anlagefläche
- 11
- Aussparung
- 12
- Endanschlag
- 13
- Schwenkachse
- S
- Bezugsmaß
- N
- Bezugsmaß
- L
- Bezugsmaß
- A
- Bezugsmaß
