DE102008061965A1

DE102008061965A1 - Synchronisiereinrichtung

Info

Publication number: DE102008061965A1
Application number: DE102008061965A
Authority: DE
Inventors: Carsten Rheinsberg; Till Dr. Scharf
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-12-12
Filing date: 2008-12-12
Publication date: 2010-06-17
Also published as: WO2010066567A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Synchronisiereinrichtung eines Kraftfahrzeuggetriebes mit zumindest einem Synchronring und einem Gegenkonus, 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 und einer der Ringe (8, 13, 14) eine Rampenkontur (18) zur axialen Sicherung des Reibrings (13) aufweist. Ferner betrifft die Erfindung einen Synchronring mit einer Rampenkontur (18) und ein Montageverfahren für eine derartige Synchronisiereinrichtung (1).

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Synchronisiereinrichtung eines Kraftfahrzeuggetriebes mit zumindest einem Synchronring und einem Gegenkonus.
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 eines inneren Synchronrings. Synchronringe sind in der Regel sind konisch ausgebildete Reibringe mit Reibflächen an ihren Innenmantelflächen und/oder ihren 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 umformtechnisch jedoch immer noch einen relativ hohen Aufwand und hohe Werkzeugkosten. 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. Viele Reibbeläge, beispielsweise aus Sintermaterial, sind zudem spröde und können nicht beliebig verformt werden.
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.
In der DE 10 2007 028 106 A1 ist zur Vermeidung dieser Nachteile vorgeschlagen worden, zwischen dem Synchronring und dem Gegenkonus einen Reibring anzuordnen, der im ungeschalteten Zustand zwischen dem Synchronring und dem Gegenkonus frei beweglich ist. Dieser ist insbesondere nicht stoffschlüssig mit dem Synchronring verbunden, und er weist auch keine Mitnehmerlappen auf, mit welchen er in einen Synchronring eingreift. Der Reibbelag kann daher allein aufgrund seiner Materialeigenschaften für die Reibpaarung optimiert werden, ohne dass auf Randbedingungen wie stoffschlüssige Verbindbarkeit mit dem Synchronring eingegangen werden muss. Dadurch wird es möglich, Materialien einzusetzen, die nicht mittels der gängigen Fügeverfahren wie Schweißen oder Kleben eingesetzt werden können.
Nachteilig an einer derartigen Anordnung ist, dass ein derartiger Reibring keinen definierten Zustand zwischen dem Synchronring und dem Gegenkonus einnimmt und sich somit in Axialrichtung aus dem Synchronisationspaket verschieben kann. Er kann sich unter ungünstigen Bedingungen sogar verkanten und erzeugt Schleppmomente.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine leicht zu fertigende Synchronisiereinrichtung mit einem Reibring zu schaffen, bei der die Schleppmomente reduziert sind, die leicht herzustellen ist und bei der ein Verkanten vermieden wird.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mittels des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass eine Rampenkontur zur axialen Sicherung des Reibrings am Synchronring, am Gegenkonus oder am Reibring selbst angeordnet ist.
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 in Umfangsrichtung lose bewegen. Sobald der entsprechende Gang geschaltet wird, wird der Reibring zwischen dem Synchronring und dem mit einer Differenzdrehzahl laufenden Gegenkonus verspannt. Solange ein Drehzahlunterschied zwischen Synchronring und Gegenkonus besteht, baut der Reibring Reibung auf.
Beim Einlegen eines Ganges werden die Reibkonen axial aufeinander geschoben. Dabei wird auch der Reibring axial mit verschoben. Durch die Rampenkontur ist allerdings die axiale Verschiebbarkeit nicht nur durch die Umgebungskonstruktion, sondern auch relativ in Bezug zu dem Synchronring bzw. dem Gegenkonus begrenzt. Ein axiales Auswandern wird damit vermieden. Gleichwohl kann der Reibring sich in Umfangsrichtung frei bewegen.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Reibring axial beidseitig durch Rampenkonturen gesichert. Dies ist nicht unbedingt erforderlich, da aufgrund der Konizität ein Auswandern des Ringes nur in eine Richtung möglich ist, ohne den Ring zu verformen. Eine derartige Ausgestaltung reduziert das axiale Spiel des Reibrings nochmals.
Die Rampenkontur ist vorzugsweise als ein umlaufender Bord ausgebildet. Ein Bord ist besonders einfach herzustellen und ermöglichst zugleich eine möglichst große Anlauffläche, um den Reibring zu halten. In besonders bevorzugter Weise ist die Rampenkontur einteilig mit dem sie tragenden Bauteil verbunden, so dass keine gesonderten Nachbearbeitungsschritte erforderlich sind.
Alternativ wird die Rampenkontur durch Axialanschläge gebildet, die in Umfangsrichtung voneinander beabstandet sind.
Die Rampenkontur ist vorzugsweise im Querschnitt rechteckig ausgebildet. Ist sie am Synchronring angeordnet, ist es besonders kostengünstig, sie einteilig mit diesem herzustellen. Die Rampenkontur steht aus dem Konusgrundkörper so weit hervor, dass der Reibring bei der Montage, z. B. durch thermisches Weiten oder aufgrund seiner Elastizität über diese verschiebbar ist. Im Normalbetrieb kann die Rampenkontur aber weder durch die eingeleiteten Momente noch durch die infolge der Reibungshitze entstehenden thermischen Größenänderungen überwunden werden. Besonders einfach gelingt das Aufweiten des Reibrings, wenn er geschlitzt ist und umfangsseitig somit nicht geschlossen ist.
Alternativ dazu wird zunächst der Synchronring ohne Rampenkontur gefertigt, dann der Reibring auf die Lauffläche des Synchronrings angeordnet und erst abschließend die Rampenkontur form- und/oder stoffschlüssig mit dem Synchronring verbunden. Dieses Herstellungsverfahren eignet sich besonders für Reibringe, deren Form sich nicht ändern lässt, weil sie beispielsweise sehr spröde sind.
Die Rampenkontur ist bevorzugt axial endseitig angeordnet, um einen möglichst breiten Reibring mit einer hohen Reibleistung aufzunehmen bei gleichzeitiger Minimierung des Bauraums.
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 die Verwendung teuerer Materialien wie Messing oder Karbon wirtschaftlich ist. Der Reibring kann aus aber auch aus Kunststoff, Sintermaterial und insbesondere auch aus schlecht verbindbaren Materialien bestehen.
Die Erfindung ist nicht darauf beschränkt, dass der Reibring homogen aus einem Material ausgebildet ist. In einer Variante besitzt der Reibring innenseitig und außenseitig unterschiedliche Reibbeläge aus unterschiedlichen Materialien nach gewünschter Reibwertpaarung.
In einer Variante besteht die Synchronisiereinrichtung aus einem Synchronring, einem Gegenkonus und mehreren Reibringen, welche zwischen dem Synchronring und dem Gegenkonus angeordnet sind. Dadurch wird eine höhere Synchronisationsleistung erreicht. Sowohl der Gegenkonus als auch der Synchronring können in diesem Fall jeweils mit einer Rampenkontur versehen sein.
Die Einzelteile Synchronring und Reibring sind mit unterschiedlichen Fertigungsverfahren herstellbar. Eine getrennte Fertigung lässt den Einsatz unterschiedlicher Materialstärken zu.
Zusammenfassend ermöglicht es die Erfindung somit, dass der Synchronring, der Reibring und der Gegenkonus einfach herzustellen sind, der Reibring axial gehalten wird und somit insbesondere im nicht belasteten Zustand nicht verkanten kann und somit einen zuverlässigen Aufbau des Reibmoments ermöglicht.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1 einen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Synchronisiereinrichtung,
2 eine weitere erfindungsgemäße Synchronisiereinrichtung mit einem Außensynchronring und einem Reibring,
3 eine erfindungsgemäße Synchronisiereinrichtung mit einem Innensynchronring und einem Reibring und
4 eine vierte erfindungsgemäße Synchronisiereinrichtung mit einem Außensynchronring und einem geschlitzten Reibring.
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 Schiebemuffe 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 ver bunden 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 einen Synchronring 8 als konischen Außensynchronring 17 mit einem Reibring 13. Der Gegenkonus 14 ist nicht dargestellt. Der Außensynchronring 17 weist einen ringförmigen Mantelkörper 21 auf, an dessen Ende mit dem größeren Durchmesser eine nach radial außen gerichtete Scheibe 22 mit einer Sperrverzahnung 10 anschließt. An dem axialen Ende mit dem kleineren Durchmesser ist ein Innenbord 23 angeordnet, von dem Mitnehmer 15 nach innen weisen. Die Rampenkontur 18 ist ebenfalls am axial größeren Ende angeordnet und weist nach radial innen. Sie ist einteilig mit dem Synchronring 8 ausgebildet und steht aus der Ebene des Mantelkörpers 21 mit einer Höhe hervor, die etwa der Hälfte der Dicke des Reibrings 13 entspricht. Durch die Rampenkontur 18 und den Innenbord 23 wird auf dem Außensynchronring 17 innenseitig eine Lauffläche 24 für den Reibring 13 gebildet, die axial beidseitig gesichert ist.
3 zeigt einen Synchronring 8 als Innensynchronring 20 mit einem ihm zugeordneten Reibring 13 unter Fortlassung des Gegenkonus' 14. Der Innensynchronring weist einen ringkonusförmigen Mantelkörper 21 auf, an dessen Enden jeweils Rampenkonturen 18 in Form von Borden 19 angeordnet sind. Die Borde 19 sind beide nach radial außen gerichtet und einteilig mit dem Innensynchronring 20 ausgebildet.
4 zeigt die perspektivische Ansicht eines Außensynchronrings 17 und eines Reibringes 13 für den Außensynchronring 17. Der Reibring 13 ist in Umfangsrichtung nicht geschlossen ausgebildet, sondern weist einen Spalt 25 auf. Dadurch ist der Reibring zumindest begrenzt deformierbar, so dass er unter Krafteinwirkung aufgeweitet bzw. gestaucht werden kann, um mit der Lauffläche 24 des Synchronrings 8 nach 2 oder 3 verbunden zu werden. Alternativ dazu wird einer der Ringe 8, 13, erwärmt, so dass sich sein Durchmesser ausreichend ändert, um eine Montierbarkeit zu gewährleisten. Besteht der Reibring aus einem elastischen Material, kann er auch ohne Spalt 25 geschlossen ausgebildet sein und aufgeweitet bzw. gestaucht werden.
Bei der Montage einer erfindungsgemäßen Synchronisiereinrichtung 1 wird zunächst der Synchronring 8 mit der Rampenkontur 18 hergestellt. Danach wird der Reibring 13 unter Änderung seines Durchmessers oder seiner Form auf die Lauffläche 24 des Synchronrings 8 geschoben, wo er schließlich seiner ursprüngliche Form wieder einnimmt. Der Reibring 13 ist somit für die weitere Montage mit dem Gegenkonus 14 und den anderen Bauteilen der Synchronisiereinrichtung 1 verliersicher gehalten, so dass gegenüber einem Synchronring mit einem stoffschlüssig verbundenem Reibbelag kein weiterer Mehraufwand beim Zusammenbau erforderlich ist.

1: Synchronisiereinrichtung
2: Zwischenraum
3: Kupplungskörper
4: Gegenkonus
5: Muffenträger
6: Verzahnung
7: Schiebemuffe
8: Synchronring
9: Reibfläche
10: Sperrverzahnung
11: Dachwinkel
12: Kupplungsverzahnung
13: Reibring
14: Gegenkonus
15: Mitnehmer
16: Innenverzahnung
17: Außensynchronring
18: Rampenkontur
19: Bord
20: Innensynchronring
21: Mantelkörper
22: Scheibe
23: Innenbord
24: Lauffläche
25: Spalt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102007028106 A1 [0005]

Claims

Synchronisiereinrichtung (1) eines Kraftfahrzeuggetriebes mit zumindest einem Synchronring (8) und einem Gegenkonus (14), wobei zwischen dem Synchronring (8) und dem Gegenkonus (14) zumindest ein Reibring (13) angeordnet ist, der im ungeschalteten Zustand in Umfangsrichtung zwischen dem Synchronring (8) und dem Gegenkonus (14) frei bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Bauteile Synchronring (8), Gegenkonus (14) oder Reibring (13) eine Rampenkontur (18) zur axialen Sicherung des Reibrings (13) aufweist.
Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibring (13) axial beidseitig gesichert ist.
Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rampenkontur (18) als ein umlaufender Bord (19) ausgebildet ist.
Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe der Rampenkontur (18) kleiner als die Dicke des Reibrings (13) ist.
Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rampenkontur (18) als in Umfangsrichtung voneinander beabstandete Anschläge ausgebildet sind.
Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rampenkontur (18) auf dem als Außensynchronring ausgebildeten Synchronring (8) ausgebildet ist.
Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rampenkontur (18) auf dem als Innensynchronring ausgebildeten Gegenkonus (14) ausgebildet ist.
Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibring (13) die Rampenkontur (18) aufweist.
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) radial innenseitig und außenseitig unterschiedliche Reibbeläge aufweist.
Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Synchronring (8) spanlos und umformtechnisch aus Blech oder aus Kunststoff hergestellt ist und keine Beschichtung aufweist.
Synchronring (8, 14) mit einer Rampenkontur (18) für eine Synchronisiereinrichtung (1) nach Anspruch 6 oder 7.
Verfahren zur Montage einer Synchronisiereinrichtung (1) mit einem äußeren Synchronring (17), einem Reibring (13) und einem inneren Synchronring (20), wobei die drei Ringe (17, 13, 20) konisch und in Reibschluss zueinander bringbar sind und einer der Synchronringe (17, 20) eine Rampenkontur (18) zur Begrenzung der axialen Verschiebbarkeit des Reibrings (13) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibring (13) mit dem die Rampenkontur (18) tragenden Synchronring (17, 20) verbunden wird, indem dessen Radius verändert wird, dieser dann über die Rampenkontur (18) verschoben wird und danach in seine ursprüngliche Form gebracht wird.