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Die Erfindung betrifft eine Synchronkupplung mit Außenkonussynchronisierung für Geschwindigkeits-Wechselgetriebe, insbesondere in Kraftfahrzeugen, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Derartige Synchronkupplungen sind als Doppelkupplungen zum Schalten zweier benachbarter Gangstufen oder zum Beispiel bei einer ungeraden Anzahl von synchronisierten Gangstufen auch als Einzelkupplungen bekannt. Eine Einzel-Synchronkupplung der gattungsgemäßen Art zeigt zum Beispiel die
DE 197 55 613 A1 , bei der in üblicher Weise die den Innenkonus tragende Schaltmuffe auf dem wellenfesten Synchronkörper über eine Mitnehmerverzahnung verschiebbar angeordnet ist und mit einer Schaltverzahnung auf dem Schaltzahnrad der Gangstufe entsprechend zusammenwirkt. Der Synchronring mit der Sperrverzahnung und der radial äußeren Reibfläche ist zwischen dem Schaltzahnrad und dem Synchronkörper positioniert. Betrachtet man die Hüllmaße der Synchronkupplung, so sind diese unter Berücksichtigung der in Getrieben sehr beengten Raumverhältnisse relativ voluminös, auch aufgrund der radialen Erstreckung des Außenkonus-Synchonringes und der über dem Synchronkörper positionierten Schaltmuffe.
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Aus der
US 2 415 393 A ist eine Synchronkupplung mit Außenkonussynchronisierung bekannt. Die Schaltmuffe der Synchronkupplung ist unmittelbar einem Schaltzahnrad benachbart auf einem, eine Mitnehmerverzahnung tragenden Nabenabschnitt des Schaltzahnrades axial verschiebbar angeordnet. Zudem ist der Innenkonus der Schaltmuffe vom Schaltzahnrad abgewandt und wirkt dieser mit einem Synchronring zusammen. Im Kupplungszustand ist eine Mitnehmerverzahnung der Schaltmuffe in Eingriff mit der Schaltverzahnung auf dem axial anschließenden Synchronkörper.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Synchronkupplung vorzuschlagen, die bei definierten Einbauverhältnissen und ohne Funktionseinbußen eine günstigere und Bauraum verkürzende Konstruktion ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar.
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Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass die Schaltmuffe unmittelbar dem Schaltzahnrad benachbart auf einem eine Mitnehmerverzahnung tragenden Nabenabschnitt des Schaltzahnrades axial verschiebbar angeordnet ist, dass der Innenkonus der Schaltmuffe vom Schaltzahnrad abgewandt mit dem Synchronring zusammenwirkt und dass die im Kupplungszustand mit der Mitnehmerverzahnung der Schaltmuffe in Eingriff befindliche Schaltverzahnung auf dem axial anschließenden Synchronkörper ausgebildet ist. Durch diese Maßnahmen, die im Wesentlichen eine Umkehr der Funktionsbauteile der Synchronkupplung bedeuten, gelingt es mit relativ einfachen Mitteln, radial ausladende Bereiche der Synchronkupplung axial zu verkürzen, so dass ein größerer Freiraum für angrenzende Bauteile oder Gehäuseausbildungen des Getriebes geschaffen ist. Zudem ist durch die Zuordnung der Schaltmuffe nunmehr zum Schaltzahnrad die Differenzdrehzahl in höheren Gängen (= höhere Wellendrehzahl) zwischen der Schaltmuffe und einer diese betätigenden Schaltgabel bei in Neutralstellung befindlicher Synchronkupplung deutlich vermindert, wodurch gegebenenfalls einem auftretenden Schaltgabelverschleiß entgegengewirkt werden kann.
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Erfindungsgemäß weist die Schaltverzahnung auf dem Synchronkörper in radialer Richtung überstehende Anschlagflächen auf, die den axialen Schiebeweg der Schaltmuffe im Kupplungszustand begrenzen. Dies stellt einen zuverlässigen Schaltanschlag quasi ohne zusätzliche Mittel und direkt an der Schaltverzahnung sicher.
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Des Weiteren können im Synchronkörper mehrere, die Schaltverzahnung unterbrechende Axialnuten eingearbeitet sein, in die radial nach innen abragende Mitnehmer des Synchronringes mit definiertem Umfangsspiel einragen. Derartige Mitnehmer sind bei üblichen Synchronisierungen wie vorstehend zum Stand der Technik beschrieben ebenfalls bekannt.
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Ferner kann der Synchronring mit axial abragenden Abschnitten der Mitnehmer in einer stirnseitigen Ringnut des Nabenabschnittes des Schaltrades radial und einseitig axial geführt sein, um somit in besonders einfacher Weise einen unnötigen Verschleiß der Reibflächen des Synchronringes am Innenkonus der Schaltmuffe in der Neutralstellung auszuschließen beziehungsweise den Synchronring präzise in der Neutralstellung zu fixieren.
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Zur Schaffung eines zusätzlichen, radialen und axialen Freiraumes im Bereich der Synchronkupplung kann zudem der Synchronkörper einen im Durchmesser gegenüber der Schaltverzahnung zurückgesetzten Ringbund aufweisen, über den der über eine Keilverzahnung auf der Getriebewelle drehfest angeordnete Synchronkörper axial gegenüber anschließenden Getriebeelementen abgestützt ist.
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Schließlich kann bei einer Synchronkupplung, bei der die Schaltmuffe über eine Umfangsnut mittels einer Schaltgabel der Schaltvorrichtung des Wechselgetriebes betätigt ist und die Schaltgabel dabei mit einem halbkreisförmigen Führungssteg in die Umfangsnut eingreift, in vorteilhafter Weise der Führungssteg an einer Stirnseite der Schaltgabel ausgeführt und die Schaltgabel derart angeordnet sein, dass sie näher zum Schaltzahnrad hin positioniert ist. Damit wird auch die Konfiguration der Schaltgabel mit einbezogen und so ausgelegt, dass der durch die Konstruktion der Synchronkupplung geschaffene Freiraum nicht durch die Schaltgabel und deren erforderlichen Betätigungsweg wieder beengt wird.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im Folgenden mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Die schematische Zeichnung zeigt in:
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1 in raumbildlicher Darstellung eine Synchronkupplung für ein Geschwindigkeits-Wechselgetriebe für Kraftfahrzeuge, mit einem Schaltzahnrad einer Rückwärtsgang-Schaltstufe mit einer Mitnehmerverzahnung, auf der eine Schaltmuffe verschiebbar angeordnet ist, die mit einem Synchronring und einem eine Schaltverzahnung tragenden Synchronkörper zusammenwirkt; und
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2 einen Längsschnitt durch die Synchronkupplung gemäß 1, die auf einer an eine Stirnwand des Gehäuses des Wechselgetriebes drehbar gelagerten Getriebewelle angeordnet ist, wobei die Schiebemuffe der Synchronkupplung mittels einer Schaltgabel betätigbar ist.
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Die 1 zeigt in einer aufgebrochenen Darstellung eine Synchronkupplung 10 mit Außenkonus-Synchronisierung für Geschwindigkeits-Wechselgetriebe (Schaltgetriebe) in Kraftfahrzeugen, die sich im Wesentlichen aus einem Schaltzahnrad 12, einem wellenfesten Synchronkörper 14, einem Synchronring 16 und einer Schaltmuffe 18 zusammensetzt.
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Das Schaltzahnrad 12 weist eine ein Antriebsdrehmoment übertragende Laufverzahnung 20 auf. An das Schaltzahnrad 12 ist ein axial sich erstreckender Nabenabschnitt 22 angeformt, der eine Mitnehmerverzahnung 22a aufweist. Auf der Mitnehmerverzahnung 22a ist die Innennabe 24 der Schaltmuffe 18 axial verschiebbar über eine korrespondierende Mitnehmerverzahnung 24a geführt. Die Verzahnungen 22a, 24a weisen ein definiertes, geringfügiges Umfangsspiel zueinander auf.
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Der von dem Schaltzahnrad 12 abgewandte Innenkonus 18a der Schaltmuffe 18 wirkt mit einer radial äußeren Reibfläche 16a des Synchronringes 16 zusammen.
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Ferner weist der Synchronring 16 in bekannter Weise eine radial innenliegende Sperrverzahnung 26 auf, die mit einer Außen-Schaltverzahnung 28 des Synchronkörpers 14 zusammenwirkt. Die Sperrverzahnung 26 des Synchronringes 16 kann durch deren dachförmig abgeschrägte Zahnflanken (nicht dargestellt) auf die Schaltverzahnung 28 des Synchronkörpers 14 nur aufgeschoben werden, wenn zwischen dem Synchronring 16 und der Schaltmuffe 18 beziehungsweise dem Schaltzahnrad 12 Gleichlauf vorliegt.
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Der Synchronring 16 ist mit drei radial nach innen abragenden Mitnehmern 30 versehen, die mit Umfangsspiel in drei im Synchronkörper 14 eingearbeitete Axialnuten 32 einragen, wobei die Axialnuten 32 wie ersichtlich die Schaltverzahnung 28 entsprechend unterbrechen. In diesem Bereich ist selbstverständlich auch keine Sperrverzahnung 26 vorhanden.
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An die Mitnehmer 30 schließen sich etwa axial ausgerichtete Abschnitte 30a an, die in eine stirnseitig des Nabenabschnittes 22 eingebrachte Ringnut 22b einragen und eine radiale und auf das Schaltzahnrad 12 zu axiale Führung des Synchronringes 16 bilden.
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Ferner ist der Synchronring 16 an einer offenen Ringfeder 34 geführt, die in einer Ringnut 36 des Synchronkörpers 14 gehalten ist und an schrägen Innenflächen der Abschnitte 30a der Mitnehmer 30 anliegt. Die Ringfeder 34 dient in bekannter Weise dazu, den Synchronring 16 im nicht gekuppelten Zustand (Neutralstellung, wie gezeichnet) in definierter, axialer Position zum Schaltzahnrad 12 beziehungsweise zur Schaltmuffe 18 zu halten. Beim Schaltvorgang dient die Ringfeder 34 als erster Widerstand in axialer Richtung und bewirkt somit ein erstes Reibmoment an der Außensynchronisierung 18a, 16a.
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Die Schaltverzahnung 28 des Synchronkörpers 14 ist des Weiteren mit radial überstehenden Anschlagflächen 28a (im Durchmesser vergrößerte Verzahnungsabschnitte beziehungsweise Zahnkopfhöhen) versehen, die in Verbindung mit der Stirnfläche 24b der Innennabe 24 einen axialen Anschlag für die Schaltmuffe 18 im gekuppelten Zustand der Synchronkupplung 10 bilden.
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Der Synchronkörper 14 ist mittels einer Kerbverzahnung 38 drehfest (vergleiche 2) auf einer Getriebewelle 40 gehalten. Ferner ist er über einen im Durchmesser gegenüber der Schaltverzahnung 28 zurückgesetzten Ringbund 42 axial an einem Lagerring 44 eines in einer Stirnwand 48 des nicht weiter dargestellten Getriebegehäuses des Wechselgetriebes eingesetzten Wälzlagers 46 abgestützt, während das Schaltzahnrad 12 über eine Nadellagerung 50 auf einem wellenfesten Lagerinnenring 52 drehbar gelagert ist.
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Das Schaltzahnrad 12 bildet mit einem auf einer weiteren Getriebewelle 54 (nur teilweise dargestellt) mit einem Festzahnrad 56 und einem auf der Zeichnung 2 nicht ersichtlichen Umkehrzahnrad eine Rückwärtsgangstufe, die über die beschriebene Synchronkupplung 10 schaltbar ist.
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Die weitere Getriebewelle 54 ist ebenfalls in der Stirnwand 48 des Getriebegehäuses über ein Wälzlager 58 drehbar gelagert, wobei durch die beschriebene Konfiguration der Synchronkupplung 10 und in Verbindung mit dem im Durchmesser zurückgesetzten Ringbund 42 ein ausreichender Freiraum zwischen einer Gehäusenabe 58a der Stirnwand 58 des Getriebegehäuses und der Synchronkupplung 10 beziehungsweise insbesondere deren Schaltverzahnung 28, des Synchronringes 16 und der Schaltmuffe 18 vorliegt.
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Die Schaltmuffe 18 ist mit einer Umfangsnut 60 versehen, in die eine halbkreisförmig ausgebildete Schaltgabel 62 der nicht weiter dargestellten Schaltvorrichtung des Wechselgetriebes mit einem halbkreisförmigen Führungssteg 62a eingreift. Der Führungssteg 62a ist wie ersichtlich an einer Stirnseite der Schaltgabel 62 angeformt und die Schaltgabel 62 derart angeordnet, dass sie näher zum Schaltzahnrad 12 positioniert ist. Dies stellt ebenfalls einen ausreichenden Freigang der axial verschieblichen Schaltgabel 62, der Schaltmuffe 18 und des Synchronringes 16 sicher.
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Die Funktion der Synchronkupplung 10 ist im Ablauf zunächst von der vorangehenden Synchronisierung zwischen Schaltzahnrad 12 und der Getriebewelle 40 mit dem Synchronkörper 14 und anschließend der Antriebsmoment übertragenden Kupplung des wellenfesten Synchronkörpers 14 mit dem Schaltzahnrad 12 über die Schaltmuffe 18 wie aus dem Stand der Technik bekannt.
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Unterschiedlich ist jedoch die in axialer Richtung verkürzte Bauweise und Anordnung von Schaltmuffe 18, Synchronring 16 und dem Synchronkörper 14, wobei die Schaltmuffe 18 beim Schalten der Synchronkupplung 10 aus der Neutralstellung (wie gezeichnet) vom Schaltzahnrad 12 weg verschoben wird.
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Der wesentliche Unterschied resultiert dabei daraus, dass bei der beschriebenen Synchronkupplung 10 der Synchronkörper 14 die Schaltverzahnung 28 trägt und mit dem Synchronring 16 im ungekuppelten Zustand die eine Dreheinheit bildet, während die auf dem Nabenabschnitt 22 über die Mitnehmerverzahnung 22a verschiebbar geführte Schaltmuffe 18 mit dem Schaltzahnrad 12 die andere Dreheinheit darstellt.
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Beim Schalten der Gangstufe mit dem Schaltzahnrad 12 durch beginnendes Verschieben der Schaltmuffe 18 mittels der Schaltgabel 62 gerät zunächst der Synchronring 16 mit seiner Reibfläche 16a mit dem Innenkonus 18a in Kontakt und bewirkt einen zunehmenden Gleichlauf zwischen dem wellenfesten Synchronkörper 14 und der Schaltmuffe 18, die mit dem Schaltzahnrad in Umfangsrichtung über die Mitnehmerverzahnung 22a trieblich verbunden ist.
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Die Sperrverzahnung 26 am Synchronring 16 verhindert dabei in Verbindung mit der Schaltverzahnung 28 auf dem Synchronkörper 14 ein weiteres Verschieben der Schaltmuffe 18 solange, bis der besagte Gleichlauf erreicht ist. Sodann kann die Schaltmuffe 18 weiter verschoben werden, bis zunächst die Sperrverzahnung 26 des Synchronringes 16 und dann die Mitnehmerverzahnung 24a der Innennabe 24 der Schaltmuffe 18 über die Schaltverzahnung 28 des Synchronkörpers 14 gleiten können. Der Schaltvorgang ist beendet, wenn die Sperrverzahnung 26 des Synchronringes 16 und die Mitnehmerverzahnung 24a beziehungsweise die Stirnfläche 24b der Innennabe 24 an den Anschlagflächen 28a der Schaltverzahnung 28 anschlagen.
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Das Antriebsmoment wird dann direkt von dem Schaltzahnrad 12 über den Nabenabschnitt 22 mit der Mitnehmerverzahnung 22a auf die Schaltmuffe 18 mit der Mitnehmerverzahnung 24a und von dieser auf die Schaltverzahnung 28 des wellenfesten Synchronkörper 14 übertragen (oder bei Schubbetrieb umgekehrt).
