DE102008017876B4

DE102008017876B4 - Synchronisiereinrichtung für ein Zahnräderwechselgetriebe

Info

Publication number: DE102008017876B4
Application number: DE102008017876.4A
Authority: DE
Inventors: Carsten Rheinsberg
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-04-09
Filing date: 2008-04-09
Publication date: 2020-10-01
Anticipated expiration: 2028-04-10
Also published as: DE102008017876A1

Abstract

Synchronisiereinrichtung (1) für ein Zahnräderwechselgetriebe, mit der mindestens ein Losrad (2) relativ zu einer Welle (3) wahlweise drehbar gehalten oder drehfest gelegt werden kann, wobei die Synchronisiereinrichtung (1) zur Drehzahlangleichung zwischen Losrad (2) und Welle (3) eine auf der Welle (3) axial verschiebliche Schiebemuffe zur Betätigung eines Synchronaußenrings (4) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronisiereinrichtung (1) weiterhin aufweist:eine an oder auf dem Losrad (2) angeordnete Spreizringanordnung (5), die einen mit dem Losrad (2) drehfest verbundenen Grundkörper (6) und ein den Grundkörper (6) konzentrisch umgebendes radial aufweitbares Synchronringelement (7) umfasst,wobei zwischen dem Grundkörper (6) und dem Synchronringelement (7) eine Anzahl Wälzelemente (8) angeordnet ist, die an dem Grundkörper (6) in konkaven, bogenförmigen Laufbahnen (9) anlaufen, die am äußeren Umfang des Grundkörpers (6) eingearbeitet sind,wobei die Wälzelemente (8) in einem Käfig (10) angeordnet sind,wobei der Synchronaußenring (4) einen Ringabschnitt (11) aufweist, der zusammen mit einer Stirnseite (12) des Käfigs (10) eine Reibkombination (13) bildet, undwobei das Synchronringelement (7) an einer radial außenliegenden Fläche (14) und der Synchronaußenring (4) mit einer radial innenliegenden Fläche (15) eine Reibkombination (16) bildet.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Synchronisiereinrichtung für ein Zahnräderwechselgetriebe, mit der mindestens ein Losrad relativ zu einer Welle wahlweise drehbar gehalten oder drehfest gelegt werden kann, wobei die Synchronisiereinrichtung zur Drehzahlangleichung zwischen Losrad und Welle eine auf der Welle axial verschiebliche Schiebemuffe zur Betätigung eines Synchronaußenrings umfasst.
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.
Eine Synchronisiereinrichtung der eingangs genannten Art ist beispielsweise in DE 697 21 261 T2 , in der DE 698 20 169 T2 , in der DE 43 24 815 A1 und in der DE 43 24 814 A1 beschrieben. DE 18 09 832 U offenbart eine Synchronisiereinrichtung mit einem geschlitzten Federring und Spreizkörpern.
Es hat sich bei den vorbekannten Lösungen als nachteilig gezeigt, dass im Falle des Auftretens von Verschleiß an den Synchronringen die axialen Schaltwege länger werden. Ein Ausgleich beim Verschleiß der Reibflächen ist demnach nicht möglich. Dies gilt namentlich dann, wenn ein einfacher Aufbau der Synchronisiereinrichtung angestrebt wird bzw. erhalten bleiben soll.
Aufgabe der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Synchronisiereinrichtung der eingangs genannten Art so fortzubilden, dass im Falle von Verschleiß an den Reibflächen der Synchronringe der axiale Betätigungsweg der Schiebemuffe nicht vergrößert wird. Dennoch soll die Synchronisiereinrichtung einen einfachen Aufbau haben, so dass eine kostengünstige Realisierung möglich ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronisiereinrichtung weiterhin aufweist: eine an oder auf dem Losrad angeordnete Spreizringanordnung, die einen mit dem Losrad drehfest verbundenen Grundkörper und ein den Grundkörper konzentrisch umgebendes radial aufweitbares Synchronringelement umfasst, wobei zwischen dem Grundkörper und dem Synchronringelement eine Anzahl Wälzelemente angeordnet ist, die an dem Grundkörper in konkaven, bogenförmigen Laufbahnen anlaufen, die am äußeren Umfang des Grundkörpers eingearbeitet sind, wobei die Wälzelemente in einem Käfig angeordnet sind, wobei der Synchronaußenring einen Ringabschnitt aufweist, der zusammen mit einer Stirnseite des Käfigs eine Reibkombination bildet, und wobei das Synchronringelement an einer radial außenliegenden Fläche und der Synchronaußenring mit einer radial innenliegenden Fläche eine Reibkombination bildet.
Vorzugsweise sind dabei die Wälzelemente Zylinderrollen oder Nadeln. Bevorzugt ist eine Anzahl Wälzelemente äquidistant um den Grundkörper herum angeordnet.
Die Laufbahnen haben vorzugsweise - in Achsrichtung gesehen - den Verlauf eines Teils einer Ellipse.
Der Ringabschnitt des Synchronaußenrings erstreckt sich vorzugsweise radial.
Die Stirnseite des Käfigs kann eine gegenüber der Grundkontur des Käfigs vergrößerte radiale Erstreckung aufweisen, um eine günstiger Reibfläche zu schaffen.
Die radial außenliegende Fläche des Synchronringelements und die radial innenliegende Fläche des Synchronaußenrings sind mit Vorteil zylindrisch ausgebildet.
Das radial aufweitbare Synchronringelement kann als Ring ausgebildet sein, der an einer Umfangsstelle einen Schlitz aufweist; der Schlitz verläuft dabei bevorzugt axial. Eine hierzu alternative Lösung sieht vor, dass das radial aufweitbare Synchronringelement mehrere Ringsegmente aufweist.
Das Synchronringelement besteht bevorzugt aus Federstahl, so dass es einen hohen Grad an Elastizität hat.
Das Losrad und die Schiebemuffe können mit einer korrespondierenden Verzahnung versehen sein, über die das Losrad und die Schiebemuffe formschlüssig miteinander verbindbar sind.
Die Schiebemuffe selber ist - wie an sich bekannt - vorzugsweise mittels einer Verzahnung drehfest, jedoch axial verschieblich mit der Welle verbunden.
Mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung einer Synchronisiereinrichtung wird es möglich, einen unveränderten axialen Betätigungsweg der Schiebemuffe bei der Durchführung des Synchronisationsvorgangs beizubehalten, auch wenn Verschleiß an den Reibflächen der Synchronringe auftritt.
Die Funktionsweise der vorgeschlagenen Einrichtung ist sehr einfach, so dass ein stabiler Betrieb der Synchronisiereinrichtung sichergestellt ist.
Vorteilhaft ist weiterhin, dass der Synchroninnenring im Betrieb der Einrichtung zentriert wird, so dass ein hoher Grad an Rundlauf sichergestellt ist. Auch ist ein Verklemmen des Synchronrings auf dem Reibkonus ausgeschlossen, so dass auch insofern eine einwandfreie Funktion der Einrichtung gegeben ist.
Die Erfindung kann bei manuellen und bei automatischen Schaltgetrieben zum Einsatz kommen.
Figurenliste
In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

1 einen Radialschnitt durch ein auf einer Welle angeordnetes Losrad und eine Schiebehülse sowie eine Synchronisiereinrichtung und
2 eine Spreizringanordnung, die Bestandteil der Synchronisiereinrichtung ist, in Achsrichtung betrachtet.

Ausführliche Beschreibung der Figuren
In 1 ist eine Synchronisiereinrichtung 1 zu sehen. Auf einer Welle 3 (Getriebewelle) ist ein Losrad 2 angeordnet, das relativ zur Welle 3 drehbar angeordnet ist. Hierfür ist beispielsweise ein nicht dargestelltes Nadellager vorgesehen, das zwischen dem Außenumfang der Welle 3 und der Bohrung des Losrads 2 wirksam angeordnet ist.
Zur Schaltung des Losrads 2 mit der Welle 3, d. h. zur Herstellung eines drehfesten Verbunds zwischen dem Losrad 2 und der Welle 3, wird eine nicht dargestellte Schiebemuffe betätigt, die einen Synchronaußenring 4 axial verschiebt. Die Schiebemuffe sitzt drehfest, jedoch axial verschieblich auf der Welle 3, wozu die Welle 3 eine (nicht dargestellte) Außenprofilierung aufweist und die Schiebemuffe an ihrem Sitz auf der Welle eine kongruente Profilierung aufweist. In 1 ist diese Verzahnung mit der Bezugsziffer 20 nur angedeutet.
Zur axialen Bewegung des Synchronaußenrings 4 greift eine nicht dargestellte Schaltgabel in eine Ringnut am Außenumfang der ebenfalls nicht dargestellten Schiebemuffe in an sich bekannter Weise ein und verschiebt diese axial in Richtung Losrad 2. Dabei wird der Synchronaußenring 4 zunächst durch Druckstücke und anschließend durch die Dachverzahnung der Schiebemuffe in Richtung Losrad 2 verschoben.
Vor der Herstellung der drehfesten Verbindung zwischen Welle 3 und Losrad 2 müssen die beiden Bauteile in Gleichlauf gebracht werden, d. h. ein Synchronisiervorgang muss stattfinden. Hierfür ist folgende Ausgestaltung der Einrichtung 1 vorgesehen:

Kernbestandteil der Synchronisiereinrichtung 1 ist eine Spreizringanordnung 5, die - in Achsrichtung betrachtet - in 2 dargestellt ist. Diese hat einen Grundkörper 6, der drehfest mit einem sich in Achsrichtung erstreckenden Fortsatz 21 des Losrads 2 verbunden ist; d. h. der Grundkörper 6 und das Losrad 2 sind drehfest miteinander verbunden. Der Grundkörper 6 hat an seiner äußeren Umfangsfläche eine Anzahl Laufbahnen 9, die konkav und bogenförmig ausgebildet sind. Dabei sind die Laufbahnen bevorzugt elliptisch ausgebildet, d. h. sie haben die Form eines Abschnitts einer Ellipse.

Der Grundkörper 6 wird von einem radial aufweitbaren Synchronringelement 7 konzentrisch umgeben. Das Synchronringelement 7 weist einen sich in Achsrichtung erstreckenden Schlitz 17 auf. Das bedeutet, dass das Synchronringelement 7 leicht radial aufgeweitet werden kann.
Zwischen dem Grundkörper 6 und dem Synchronringelement 7 sind Wälzelemente 8 in Form von Zylinderrollen angeordnet. Diese laufen im radial innenliegenden Bereich auf den konkaven Laufbahnen 9 des Grundkörpers 6 und im radial außenliegenden Bereich an der innenzylindrischen Oberfläche des Synchronringselements 7 an.
Die Wälzelemente 8 sind dabei von einem Käfig 10 gehalten, wie er an sich aus dem Wälzlagerbau hinlänglich bekannt ist. Der Käfig 10 hat in einem seiner axialen Endbereiche (s. rechte Seite in 1) einen verbreiterten ringförmigen Bereich, der eine Stirnseite 12 bildet.
Der Synchronaußenring 4 hat einen Radialschnitt, wie er sich aus 1 ergibt. Demnach weist ein zylindrischer Grundkörper des Synchronaußenrings 4 einen sich radial nach innen erstreckenden Ringabschnitt 11 auf. Die Innenseite dieses Ringabschnitts 11 und die Stirnseite 12 des Käfigs 10 bilden dabei eine Reibkombination 13. Wird der Synchronaußenring 4 demnach axial (in 1 nach links) verschoben, kommt es zu Reibkontakt zwischen dem Ringabschnitt 11 und dem Käfig 10.
Ferner weist der Synchronaußenring 4 in Bereich ihres zylindrischen Grundkörpers eine radial innenliegende zylindrische Fläche 15 auf, die zum Zusammenwirken mit der radial außenliegenden Fläche 14 des Synchronringelements 7 ausgebildet ist. Demnach bilden der Synchronaußenring 4 und das Synchronringelement 7 eine Reibkombination 16.
Der Synchronisiervorgang wird wie folgt durchgeführt:

Zum Synchronisieren der Drehbewegungen zwischen der Welle 3 und dem Losrad 2 und zur Herstellung einer drehfesten Verbindung zwischen diesen beiden Bauteilen 2, 3 wird die nicht dargestellte Schiebemuffe mittels einer Schaltgabel axial verschoben. Hierbei drückt die Schiebemuffe den Synchronaußenring 4 und damit den Ringabschnitt 11 des Synchronaußenrings 4 auf die Stirnseite 12 des Käfigs 10. Da im noch nicht synchronisierten Zustand das Losrad 2 samt Spreizringanordnung 5 einerseits und die Welle 3 samt Schiebemuffe und Synchronaußenring 4 andererseits mit unterschiedlichen Drehzahlen drehen, kommt es so zur Übertragung eines Reibmoments von dem Synchronaußenring 4 auf den Käfig 10.

Dies bewirkt, dass die Wälzelemente 8 vom Käfig 10 relativ zum Grundkörper 6 in Umfangsrichtung bewegt werden, wodurch die Wälzkörper 8 auf den Laufbahnen 9 des Grundkörpers 6 radial nach außen laufen. Aufgrund dessen wiederum drücken die Wälzelemente 8 das Synchronringelement 7 radial nach außen, so dass dieses aufgeweitet, d. h. gespreizt wird, was durch den Schlitz 17 problemlos möglich ist.
Aufgrund der Aufweitung des Synchronringelements 7 kommt die radial außenliegende Fläche 14 des Synchronringelements 7 in Reibkontakt mit der radial innenliegenden Fläche 15 des Synchronaußenrings 4, so dass die Reibkombination 16 aktiv wird und die Drehgeschwindigkeiten des Losrads einerseits und der Welle 3 samt Schiebemuffe andererseits angleicht. Die Synchronisation erfolgt.
Liegt die gleiche Drehgeschwindigkeit zwischen den genannten Bauteilen vor, kann - in an sich bekannter Weise - mittels Verzahnungen 18 und 19 am Losrad 2 bzw. am Synchronaußenring 4 und an der Schiebemuffe eine formschlüssige Kupplung der Teile erfolgen.
Zum Gangwechsel wird also - zusammengefasst gesagt - die Schiebemuffe auf der Welle 3 axial in Richtung auf das Losrad 2 verschoben. Die Spreizringanordnung 5 ist ähnlich eines Freilaufs aufgebaut und bewirkt, dass das Synchronringelement 7 (Synchroninnenring) radial aufgeweitet wird und mit seiner Reibfläche gegen diejenige des Synchronaußenrings 4 drückt. Das Aufweiten des Synchronringelements 7 erfolgt durch den Reibkontakt des Synchronaußenrings 4 mit dem Käfig 10, der die Wälzkörper auf den elliptischen Laufbahnen 9 radial nach außen laufen lässt, da durch den Reibkontakt zwischen Synchronaußenring 4 und Käfig 10 der Käfig 10 tendenziell - wie der Synchronaußenring 4 - mit Wellendrehzahl und der Grundkörper 6 mit Losraddrehzahl dreht. Solange eine Drehzahldifferenz zwischen dem Losrad 2 und der Welle 3 besteht, werden die Wälzkörper 8 nach außen gedrückt. Sobald jedoch Drehzahlgleichheit hergestellt ist, kann der Käfig in die Ausgangsposition zurückdrehen, d. h. die Wälzkörper 8 nehmen wieder den radial tiefsten Punkt der Laufbahnen 9 ein.
Das radiale Aufweiten des Synchronringelements 7 wird durch die Schlitzung (Schlitz 17) ermöglicht, wenngleich auch alternativ eine Ausbildung mit mehreren Ringsegmenten möglich ist. Dabei ist vorteilhaft, wenn die geforderten Maße wie Durchmesser, Rundheit usw. im geweiteten Zustand des Synchronringelements 7 erreicht werden. Durch das Vorsehen mehrerer Wälzelemente 8 wird eine Zentrierung des Systems erreicht. Durch die Anordnung einer hinreichenden Anzahl Wälzelemente 8 (im Ausführungsbeispiel sind acht Wälzelemente vorgesehen), wird also eine gute Zentrierung des Systems erreicht.
Wenn dazu das Synchronringelement 7 z. B. aus Federstahl hergestellt wird, kann die sonst übliche konische Ausführung entfallen, da ein Verklemmen des Synchronaußenrings 4 mit dem Synchroninnenring (Synchronringelement 7) verhindert wird.
Wie zu sehen ist, wird dabei in vorteilhafter Weise erreicht, dass der Verschleiß an den Reibflächen zwischen Synchronringelement 7 und Synchronaußenring 4, d. h. der Verschleiß an den Reibflächen, nicht dazu führt, dass ein längerer axialer Verschiebeweg der Schiebemuffe nötig wird, wie es bei konischen Synchronringen der Fall wäre. Der Verschleiß kann vielmehr durch ein stärkeres Aufweiten des Synchronringelements 7 kompensiert werden.
Bezugszeichenliste

1: Synchronisiereinrichtung
2: Losrad
3: Welle
4: Synchronaußenring
5: Spreizringanordnung
6: Grundkörper
7: radial aufweitbares Synchronringelement
8: Wälzelement
9: konkave, bogenförmige Laufbahn
10: Käfig
11: Ringabschnitt
12: Stirnseite
13: Reibkombination
14: radial außenliegende Fläche
15: radial innenliegende Fläche
16: Reibkombination
17: Schlitz
18: Verzahnung
19: Verzahnung
20: Verzahnung
21: Fortsatz

Claims

Synchronisiereinrichtung (1) für ein Zahnräderwechselgetriebe, mit der mindestens ein Losrad (2) relativ zu einer Welle (3) wahlweise drehbar gehalten oder drehfest gelegt werden kann, wobei die Synchronisiereinrichtung (1) zur Drehzahlangleichung zwischen Losrad (2) und Welle (3) eine auf der Welle (3) axial verschiebliche Schiebemuffe zur Betätigung eines Synchronaußenrings (4) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronisiereinrichtung (1) weiterhin aufweist: eine an oder auf dem Losrad (2) angeordnete Spreizringanordnung (5), die einen mit dem Losrad (2) drehfest verbundenen Grundkörper (6) und ein den Grundkörper (6) konzentrisch umgebendes radial aufweitbares Synchronringelement (7) umfasst, wobei zwischen dem Grundkörper (6) und dem Synchronringelement (7) eine Anzahl Wälzelemente (8) angeordnet ist, die an dem Grundkörper (6) in konkaven, bogenförmigen Laufbahnen (9) anlaufen, die am äußeren Umfang des Grundkörpers (6) eingearbeitet sind, wobei die Wälzelemente (8) in einem Käfig (10) angeordnet sind, wobei der Synchronaußenring (4) einen Ringabschnitt (11) aufweist, der zusammen mit einer Stirnseite (12) des Käfigs (10) eine Reibkombination (13) bildet, und wobei das Synchronringelement (7) an einer radial außenliegenden Fläche (14) und der Synchronaußenring (4) mit einer radial innenliegenden Fläche (15) eine Reibkombination (16) bildet.
Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzelemente (8) Zylinderrollen oder Nadeln sind.
Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl Wälzelemente (8) äquidistant um den Grundkörper (6) herum angeordnet ist.
Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufbahnen (9) in Achsrichtung gesehen den Verlauf eines Teils einer Ellipse haben.
Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Ringabschnitt (11) des Synchronaußenrings (4) radial erstreckt.
Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnseite (12) des Käfigs (10) eine gegenüber der Grundkontur des Käfigs (10) vergrößerte radiale Erstreckung aufweist.
Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die radial außenliegende Fläche (14) des Synchronringelements (7) und die radial innenliegende Fläche (15) des Synchronaußenrings (4) zylindrisch ausgebildet sind.
Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das radial aufweitbare Synchronringelement (7) als Ring ausgebildet ist, der an einer Umfangsstelle einen Schlitz (17) aufweist.
Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitz (17) axial verläuft.
Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das radial aufweitbare Synchronringelement (7) mehrere Ringsegmente aufweist.
Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Synchronringelement (7) aus Federstahl besteht.
Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Losrad (2) und die Schiebemuffe mit einer korrespondierenden Verzahnung (18) versehen sind, über die das Losrad (2) und die Schiebemuffe (4) formschlüssig miteinander verbindbar sind.
Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schiebemuffe mittels einer Verzahnung (20) drehfest, jedoch axial verschieblich mit der Welle (3) verbunden ist.