DE102008047484A1

DE102008047484A1 - Synchronisiereinrichtung eines Zahnräderwechselgetriebes

Info

Publication number: DE102008047484A1
Application number: DE102008047484A
Authority: DE
Inventors: Thomas Karais
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-09-17
Filing date: 2008-09-17
Publication date: 2010-04-15

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Synchronisiereinrichtung eines Zahnräderwechselgetriebes, mit der mindestens ein Losrad relativ zu einer Welle wahlweise drehbar gehalten oder drehfest gelegt werden kann, wobei die Synchronisiereinrichtung zur Drehzahlangleichung und Drehmomenübertragung zwischen Losrad und Welle eine Schiebemuffe umfasst, die relativ zu einem Muffenträger (1) drehfest, jedoch axial (a) verschieblich gelagert ist, wobei der Muffenträger (1) mit der Welle drehfest und axial unverschieblich verbunden ist, wobei die Schiebemuffe mindestens einen Synchronring (2, 3) axial (a) verschieben und in formschlüssigen Eingriff mit einer Verzahnung am oder im Losrad bringen kann. Um geringere Schleppmomente und damit einen höheren Wirkungsgrad zu erzielen, sieht die Erfindung vor, dass der mindestens eine Synchronring (2, 3) mit mindestens einem sich axial erstreckenden Mitnahmeelement (4, 5) versehen ist, wobei sich das Mitnahmeelement (4, 5) in axiale Richtung (a) in eine Ausnehmung (6, 7) im Muffenträger (1) erstreckt, wobei die seitliche Begrenzung der Ausnehmung (6, 7) im Muffenträger (1) mit einer Schräge (8, 9), die zur Achsrichtung (a) einen Winkel (alpha, beta) einschließt, oder mit einer Anschlagskante (8') versehen ist und das Mitnahmeelement (4, 5) an der der Schräge (8, 9) oder der Anschlagskante (8') zugewandten Seite eine Schräge (10, 11) insbesondere mit korrespondierenden Form aufweist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Synchronisiereinrichtung eines Zahnräderwechselgetriebes, mit der mindestens ein Losrad relativ zu einer Weile wahlweise drehbar gehalten oder drehfest gelegt werden kann, wobei die Synchronisiereinrichtung zur Drehzahlangleichung und Drehmomentübertragung zwischen Losrad und Welle eine Schiebemuffe umfasst, die relativ zu einem Muffenträger drehfest, jedoch axial verschieblich gelagert ist, wobei der Muffenträger mit der Welle drehfest und axial unverschieblich verbunden ist, wobei die Schiebemuffe mindestens einen Synchronring axial verschieben und in formschlüssigen Eingriff mit einer Verzahnung am oder im Losrad bringen 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.
Beispiele für derartige Synchronisiereinrichtung sind in der EP 0 897 068 B1 , in der EP 0907838 B1 , in der DE 4324815 A1 , in der DE 4324814 A1 und in der DE 195 06 988 A1 beschrieben. Weitere einschlägige Systeme sind in der DE-AS 26 59 448 und in der DE 10 2005 028 803 A1 beschrieben.
Die Einzelteile der Synchronisiereinrichtung sind im Synchronpaket relativ zueinander schwimmend positioniert. Das hat in nachteiliger Weise zur Folge, dass es aufgrund von Kontaktnahme zwischen den Teilen zu einem Schleppmoment kommt, wenn die sich berührenden Teile unterschiedliche Drehzahlen aufweisen.
Aufgabe der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Synchronisiereinrichtung der eingangs genannten Art so fortzubilden, dass die genannten Schleppmomente minimiert werden. Damit soll ein Leistungsverlust im Getriebe durch Reibung zwischen verschiedenen Synchronisationskomponenten reduziert werden. Somit soll der Wirkungsgrad der Einrichtung erhöht werden.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Synchronring mit mindestens einem sich axial erstreckenden Mitnahmeelement versehen ist, wobei sich das Mitnahmeelement in axiale Richtung in eine Ausnehmung im Muffenträger erstreckt, wobei die seitliche Begrenzung der Ausnehmung im Muffenträger mit einer Schräge, die zur Achsrichtung einen Winkel einschließt, oder mit einer Anschlagskante versehen ist und das Mitnahmeelement an der der Schräge oder der Anschlagskante zugesandten Seite eine Schräge insbesondere mit korrespondierenden Form aufweist.
Zumindest ein Synchronring kann ein Synchronaußenring sein, wobei dann das mindestens eine Mitnahmeelement als streifenförmiger Lappen ausgebildet sein kann. Das Mitnahmeelement kann insbesondere als an dem Synchronaußenring angeformtes Blech ausgebildet sein.
Ein Synchronring kann auch ein Synchroninnenring sein und das mindestens eine Mitnahmeelement kann als Ring ausgebildet sein, der mit dem Synchroninnenring verbunden ist und die mindestens eine Schräge aufweist.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass ein Synchronaußenring und ein Synchroninnenring konzentrisch zueinander angeordnet sind. In diesem Falle können die Schrägen an den Ausnehmungen im Muffenträger und an den Mitnahmeelementen des Synchronaußenrings und des Synchroninnenrings so angeordnet sein, dass bei der Kontaktnahme der Mitnahmeelemente mit den Schrägen der Ausnehmungen die Ringe in axiale Richtung voneinander abgedrängt werden.
Bevorzugt sind mehrere Mitnahmeelemente über den Umfang des Synchronrings angeordnet. Dabei handelt es sich bevorzugt um drei oder vier Mitnahmeelemente, die äquidistant über den Umfang des Synchronrings angeordnet sind.
Die Ausnehmung im Muffenträger zum Eingriff des Mitnahmeelements eines Synchronaußenrings kann so ausgebildet sein, dass sich die Breite der Ausnehmung in Umfangsrichtung gemessen bei Annäherung an die Mitte des Muffenträgers zumindest abschnittsweise verbreitert. Entsprechend kann vorgesehen sein, dass die Ausnehmung im Muffenträger zum Eingriff des Mitnahmeelements eines Synchroninnenrings so ausgebildet ist, dass sich die Breite der Ausnehmung in Umfangsrichtung gemessen bei Annäherung an die Mitte des Muffenträgers zumindest abschnittsweise verringert.
Mit dieser Ausgestaltung einer Synchronisiereinrichtung kann wirkungsvoll erreicht werden, dass es im Falle von Relativbewegungen von Teilen der Synchronisiereinrichtung, die zu einem nachteiligen Schleppmoment führen können, eine automatische Beabstandung infolge der Relativbewegung veranlasst wird. Dies erfolgt mit einfachen und daher kostengünstigen Mitteln.
Kurze Beschreibung der Figuren
In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
1 einen Ausschnitt eines Muffenträgers samt seitlich angeordneten Synchronaußenringen aus radialer Richtung gesehen in einer Position, in der die Synchronaußenringe durch die erfindungsgemäße Lösung noch nicht beeinflusst sind,
2 eine zu 1 analoge Darstellung, wobei jetzt die Synchronaußenringe durch die erfindungsgemäße Lösung axial an den Muffenträger herangezogen sind,
3 einen Ausschnitt eines Muffenträgers samt seitlich angeordneten Synchroninnenringen aus radialer Richtung gesehen in einer Positi on, in der die Synchroninnenringe durch die erfindungsgemäße Lösung noch nicht beeinflusst sind,
4 eine zu 3 analoge Darstellung, wobei jetzt die Synchroninnenringe durch die erfindungsgemäße Lösung axial von dem Muffenträger abgestoßen sind,
5 einen Radialschnitt durch einen Teil der Synchronisiereinrichtung gemäß der 1 bis 4 mit Muffenträger, Synchroninnenring und Synchronaußenring,
6 in perspektivischer Darstellung eine alternative Ausführung der Erfindung, wobei ein Muffenträger samt einem axial angeordneten Synchroninnenring (Einkonussystem) dargestellt ist, und
7 eine vergrößerte Darstellung eines Teils von 6.
Ausführliche Beschreibung der Figuren
In den Figuren ist eine Synchronisiereinrichtung zu sehen, die Bestandteil eines Zahnräderwechselgetriebes ist, das handgeschaltet oder automatisch geschaltet sein kann. Die Synchronisiereinrichtung soll wahlweise eine Drehverbindung zwischen einer Welle und einem Losrad herstellen, das auf der Welle drehbar angeordnet ist, wobei Drehzahldifferenzen zwischen der Welle und dem Losrad beim Synchronisieren ausgeglichen werden.
Es sei angemerkt, dass hier nur die interessierenden Teile der Synchronisiereinrichtung dargestellt sind; die Losräder selber sind nicht zu sehen. Die nicht dargestellte Welle ist drehfest und axial unverschieblich mit dem Muffenträger 1 verbunden. Umgeben wird der Muffenträger 1 von einer nicht dargestellten Schiebemuffe, die drehfest mit dem Muffenträger 1 verbunden ist, jedoch axial auf ihm verschoben werden kann, was durch eine Außenverzahnung sichergestellt wird.
Die Synchronisiereinrichtung hat also einen Muffenträger 1, der drehfest auf der Getriebewelle angeordnet ist und der auf seinem Außenumfang eine Schiebemuffe trägt. Das Losrad ist über einen verbundenen Kupplungskörper mittels der Schiebemuffe mit dem Synchronkörper drehfest zusammenschaltbar.
Beim axialen Verschieben der (nicht dargestellten) Schiebemuffe werden Druckstücke von der Schiebemuffe axial mitgenommen, die einen Synchronring axial bewegt. Hierdurch wird in bekannter Weise der Synchronisiervorgang durchgeführt, bis es über die Schiebemuffe zum Formschluss zwischen Muffenträger 1 (und damit der Welle) und dem Losrad kommt.
Die Synchronisiereinrichtung weist nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung zwei zueinander konzentrisch angeordnete Synchronringe 2, 3 auf, nämlich einen Synchronaußenring 2 und einen Synchroninnenring 3. Diese Ringkombination ist in den beiden Stirnseiten eines Muffenträgers 1 angeordnet. In den 1 und 2 ist die Sicht aus radialer Richtung auf den Muffenträger 1 samt den beiden Synchronaußenringen 2 zu sehen; die 3 und 4 zeigen – ebenfalls aus radialer Richtung betrachtet – die radial weiter innenliegend angeordneten Synchroninnenringe 3, die ebenfalls beidseitig des Muffenträgers 1 angeordnet sind. Wie die gesamte Anordnung im Radialschnitt aussieht, geht aus 5 hervor.
Insoweit entspricht der generelle Aufbau der Synchronisiereinrichtung der bekannten Bauform nach Art eines Zweikonussystems, wozu auf den oben genannten Stand der Technik Bezug genommen wird.
Der Muffenträger 1 hat an mehreren, z. B. an drei, Umfangsstellen beidseitig Ausnehmungen 6, die die dargestellte Form (s. 1 und 2) aufweisen. In die Ausnehmungen ragen Mitnahmeelemente 4 in axiale Richtung a hinein, die an den Synchronaußenringen 2 als Blechlaschen angeordnet sind. Die Mitnahme elemente 4 können kostengünstig bei der Fertigung des Synchronaußenrings 2 durch einen entsprechenden Stanz- und Umformvorgang hergestellt werden.
Wie weiter zu sehen ist, weist die Ausnehmung 6 im Muffenträger 1 – aus radialer Richtung betrachtet – eine schwalbenschwanzartige Form auf, d. h. die Seiten der Ausnehmung 6 haben Schrägen 8, die zur axialen Richtung a unter einem Winkel α angeordnet sind, der im Ausführungsbeispiel im Bereich zwischen 10° und 25° liegt.
Wie weiter gesehen werden kann, hat das Mitnahmeelement 4 in seinem der Ausnehmung 6 zugewandten Endbereich eine korrespondierende Form, d. h. kongruente Schrägen 10 unter demselben Winkel α. Dabei nimmt sowohl die Breite – in Umfangsrichtung U gemessen – der Ausnehmung 6 zur Mitte 12 des Muffenträgers 1 hin zu als auch die Breite des Mitnahmeelements 4.
In 1 sind der Muffenträger 1 und die Synchronaußenringe 2 in einer lastfreien Mittenposition dargestellt. Kommt es jedoch zu einer Relativbewegung zwischen dem Muffenträger 1 und dem Synchronaußenring 2 und wird ein Reibmoment M in der in 2 eingetragenen Richtung übertragen, hat das zur Folge, dass der Seitenbereich des Mitnahmeelements 4 mit der Schräge 10 an der seitlichen Begrenzung der Ausnehmung 6 mit der Schräge 8 anstößt, wie es in 2 gezeigt ist. Demzufolge gleiten die Flächen der Schrägen 8 und 10 aufeinander, so dass es zu einer axialen Bewegung des Mitnahmeelements 4 und damit des Synchronaußenrings 2 in die in 2 dargestellte Richtung A kommt.
Das Resultat ist also, dass der Synchronaußenring 2 axial auf den Muffenträger 1 hin bewegt wird.
Genau umgekehrt ist die Situation mit Blick auf den radial weiter innenliegenden Synchroninnenring 3. Dieser ist an einem Mitnahmeelement 5 in Form eines Rings angeordnet. Der Ring 5 hat – wie es aus den 3 und 4 hervorgeht – an mehreren, z. B. an drei, Umfangsstellen axial in Richtung zum Muffenträger 1 vorspringende Fortsätze 13, die in entsprechende Ausnehmungen 7 im Muffenträger 1 eingreifen. Sowohl die Ausnehmung 7 als auch der Vorsprung 13 werden wieder seitlich durch Schrägen 9 bzw. 11 begrenzt, die unter demselben Winkel β zur axialen Richtung a angeordnet sind. Dieser Winkel beträgt im Ausführungsbeispiel zwischen 30° und 60°.
Analog zu 1 sind in 3 der Muffenträger 1 und die Synchroninnenringe 3 in einer lastfreien Mittenposition dargestellt. Kommt es jedoch zu einer Relativbewegung zwischen dem Muffenträger 1 und dem Synchroninnenring 3 und wird ein Reibmoment M in der in 4 eingetragenen Richtung übertragen, hat das zur Folge, dass der Seitenbereich des Mitnahmeelements 5 mit der Schräge 11 an der seitlichen Begrenzung der Ausnehmung 7 mit der Schräge 9 anstößt, wie es in 4 gezeigt ist. Demzufolge gleiten die Flächen der Schrägen 9 und 11 aufeinander, so dass es zu einer axialen Bewegung des Mitnahmeelements 5 und damit des Synchroninnenrings 3 in die in 4 dargestellte Richtung B kommt, die der Richtung A entgegengesetzt ist.
Das hat zur Folge, dass sich durch die vorgesehene Ausgestaltung der Ringe 2, 3 und des Muffenträgers 1 die Synchronringe 2 und 3 in axialer Richtung a voneinander weg bewegen, d. h. einen Abstand einnehmen, der in vorteilhafter Weise zur Folge hat, dass es zu keinen Schleppmomenten zwischen den Ringen 2, 3 kommt. Demgemäß verbessert sich der Wirkungsgrad der Anordnung.
In den 5 und 6 ist eine alternative Ausführungsform der Erfindung zu sehen. Hier ist ein Muffenträger 1 mit einer Ausnehmung versehen, die von zwei Anschlagskanten 8' seitlich begrenzt wird. In diese Ausnehmung ragt das Mitnahmeelement 5 – wiederum als Ring ausgebildet – axial hinein, das an einem Synchroninnenring 3 angeordnet ist. Die Schrägen des Mitnahmeelements 5 werden bei Relativdrehung zwischen Muffenträger 1 und Synchroninnenring 3 von der Anschlagskante 8' abgelenkt, so dass es auch hier zu einer axialen Bewegung in Richtung B kommt.
Wenn im Rahmen der vorliegenden Erfindung generell von einer Schräge gesprochen ist, wird hierunter natürlich auch eine etwas abweichende Form verstanden, z. B. eine bogenförmige Kontur, aufgrund der eine axiale Relativbewegung zwischen Muffenträger und Synchronringen erfolgt.
Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen wird sichergestellt, dass in der neutralen Position der Kontakt zwischen den Synchronringen auf ein Minimum reduziert wird. Um den Synchronaußenring 2 an den Muffenträger 1 zu führen, wird das Schleppmoment bzw. die restliche Reibung aus dem Synchronpaket genutzt. Bei vorhandener Reibung schlägt der Mitnahmelappen 4 des Synchronaußenrings 2 an den Muffenträger 1. Aufgrund der Schrägen wird das Verdrehmoment in eine axial wirkende Kraft übersetzt, die den Synchronaußenring an den Muffenträger andrückt.
Um den Synchroninnenring auf Distanz zum Synchronaußenring zu bringen, wird der Abstandsring 5 an jeder Seite des Muffenträgers 1 montiert. Der Abstandsring mit seinen Nocken (Fortsätzen) 13 greift in die Ausnehmungen des Muffenträgers 1 ein. Da der Synchronrinnenring mit einer Drehzahldifferenz zum Muffenträger und demgemäß zum Ring 5 läuft, wird der Ring 5 über die Reibung an den Stirnseiten des Synchroninnenrings und des Abstandsrings 5 gegen die Schräge des Muffenträgers 1 gedrückt. Auch hier wird durch die Schräge das Drehmoment in eine axial wirkende Kraft umgelenkt, mit der der Synchroninnenring 3 axial in Richtung Losrad gedrückt und auf maximaler Distanz zum Synchronaußenring 2 gehalten wird.
Die zwischen dem Abstandsring 5 und dem Synchroninnenring 3 entstehende Reibung ist auf Grund der bevorzugten Stahl-Stahl-Paarung relativ gering und kann durch den Winkel β der Schräge 11 optimiert werden.

1: Muffenträger
2, 3: Synchronring
2: Synchronaußenring
3: Synchroninnenring
4: Mitnahmeelement
5: Mitnahmeelement
6: Ausnehmung
7: Ausnehmung
8: Schräge
8': Anschlagskante
9: Schräge
10: Schräge
11: Schräge
12: Mitte des Muffenträgers
13: Fortsatz
a: axiale Richtung
U: Umfangsrichtung
α: Winkel
β: Winkel
A: Richtung
B: Richtung
M: Reibmoment

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 0897068 B1 [0004]
- EP 0907838 [0004]
- DE 4324815 A1 [0004]
- DE 4324814 A1 [0004]
- DE 19506988 A1 [0004]
- DE 2659448 AS [0004]
- DE 102005028803 A1 [0004]

Claims

Synchronisiereinrichtung eines Zahnräderwechselgetriebes, mit der mindestens ein Losrad relativ zu einer Welle wahlweise drehbar gehalten oder drehfest gelegt werden kann, wobei die Synchronisiereinrichtung zur Drehzahlangleichung und Drehmomentübertragung zwischen Losrad und Welle eine Schiebemuffe umfasst, die relativ zu einem Muffenträger (1) drehfest, jedoch axial (a) verschieblich gelagert ist, wobei der Muffenträger (1) mit der Welle drehfest und axial unverschieblich verbunden ist, wobei die Schiebemuffe mindestens einen Synchronring (2, 3) axial (a) verschieben und in formschlüssigen Eingriff mit einer Verzahnung am oder im Losrad bringen kann, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Synchronring (2, 3) mit mindestens einem sich axial erstreckenden Mitnahmeelement (4, 5) versehen ist, wobei sich das Mitnahmeelement (4, 5) in axiale Richtung (a) in eine Ausnehmung (6, 7) im Muffenträger (1) erstreckt, wobei die seitliche Begrenzung der Ausnehmung (6, 7) im Muffenträger (1) mit einer Schräge (8, 9), die zur Achsrichtung (a) einen Winkel (α, β) einschließt, oder mit einer Anschlagskante (8') versehen ist und das Mitnahmeelement (4, 5) an der der Schräge (8, 9) oder der Anschlagskante (8') zugesandten Seite eine Schräge (10, 11) insbesondere mit korrespondierenden Form aufweist.
Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Synchronring (2) ein Synchronaußenring ist und das mindestens eine Mitnahmeelement (4) als streifenförmiger Lappen ausgebildet ist.
Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Mitnahmeelement (4) als an dem Synchronaußenring (2) angeformtes Blech ausgebildet ist.
Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Synchronring (3) ein Synchroninnenring ist und das mindestens eine Mitnahmeelement (5) als Ring ausgebildet ist, der mit dem Synchroninnenring (3) verbunden ist und die mindestens eine Schräge (11) aufweist.
Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Synchronaußenring (2) und ein Synchroninnenring (3) konzentrisch zueinander angeordnet sind.
Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schrägen (8, 9, 10, 11) an den Ausnehmungen (6, 7) im Muffenträger (1) und an den Mitnahmeelementen (4, 5) des Synchronaußenrings (2) und des Synchroninnenrings (3) so angeordnet sind, dass bei der Kontaktnahme der Mitnahmeelemente (4, 5) mit den Schrägen (8, 9) der Ausnehmungen (6, 7) die Ringe (2, 3) in axiale Richtung (a) voneinander abgedrängt werden (A, B).
Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Mitnahmeelemente (4, 5) über den Umfang des Synchronrings (2, 3) angeordnet sind.
Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass drei oder vier Mitnahmeelemente (4, 5) äquidistant über den Umfang des Synchronrings (2, 3) angeordnet sind.
Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (6) im Muffenträger (1) zum Eingriff des Mitnahmeelements (4) eines Synchronaußenrings (2) so ausgebildet ist, dass sich die Breite der Ausnehmung (6) in Umfangsrichtung (U) gemessen bei Annäherung an die Mitte (12) des Muffenträgers (1) zumindest abschnittsweise verbreitert.
Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (7) im Muffenträger (1) zum Eingriff des Mitnahmeelements (5) eines Synchroninnenrings (3) so ausgebildet ist, dass sich die Breite der Ausnehmung (7) in Umfangsrichtung (U) gemessen bei Annäherung an die Mitte (12) des Muffenträgers (1) zumindest abschnittsweise verringert.