DE102010005705A1

DE102010005705A1 - Synchronisationseinheit eines Getriebes

Info

Publication number: DE102010005705A1
Application number: DE102010005705A
Authority: DE
Inventors: Erol 74074 Ledetzky
Original assignee: Hoerbiger Antriebstechnik 86956 GmbH; Hoerbiger and Co; Hoerbiger Antriebstechnik Holding GmbH
Current assignee: Hoerbiger Antriebstechnik Holding GmbH
Priority date: 2010-01-26
Filing date: 2010-01-26
Publication date: 2011-07-28
Anticipated expiration: 2030-01-27
Also published as: DE102010005705B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Synchronisationseinheit (12) eines Getriebes (10), mit einem Synchronkörper (14), der auf einer Getriebewelle drehfest angebracht ist, einer Schaltmuffe (16), die relativ zum Synchronkörper (14) drehfest, aber axial verschieblich angeordnet ist, einem Synchronring (18, 20) zur Kopplung des Synchronkörpers (14) mit einem Gangrad (22, 24) des Getriebes (10) über eine Reibverbindung, sowie einer Vorsynchroneinheit (26), die an der Schaltmuffe (16) angreift und bei einer Axialverschiebung der Schaltmuffe (16) den Synchronring (18, 20) mit einer axialen Schaltkraft gegen das zu koppelnde Gangrad (22, 24) beaufschlagt, wobei die Vorsynchroneinheit (26) eine Kontaktfläche (28, 30) aufweist und sich über diese Kontaktfläche (28, 30) an einer Gegenfläche (32, 34) des Synchronrings (18, 20) in radialer Richtung (36) abstützt, und wobei sowohl die Kontaktfläche (28, 30) als auch die Gegenfläche (32, 34) gegenüber einer Axialrichtung (38) so geneigt sind, dass sich in axialer Richtung (38) vom Synchronkörper (14) zum Gangrad (22, 24) hin gesehen ihr radialer Abstand zu einer Getriebeachse (A) verringert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Synchronisationseinheit eines Getriebes, mit einem Synchronkörper, der auf einer Getriebewelle drehfest angebracht ist, einer Schaltmuffe, die relativ zum Synchronkörper drehfest, aber axial verschieblich angeordnet ist, einem Synchronring zur Kopplung des Synchronkörpers mit einem Gangrad des Getriebes über eine Reibverbindung, sowie einer Vorsynchroneinheit, die an der Schaltmuffe angreift und bei einer Axialverschiebung der Schaltmuffe den Synchronring mit einer axialen Schaltkraft gegen das zu koppelnde Gangrad beaufschlagt, wobei die Vorsynchroneinheit eine Kontaktfläche aufweist und sich über diese Kontaktfläche an einer Gegenfläche des Synchronrings in radialer Richtung abstützt.
Die DE 20 2009 004 325 U1 offenbart eine gattungsgemäße Synchronisationseinheit, bei der sich ein Synchronstein der Vorsynchroneinheit direkt auf einem Reibkonus des Synchronrings abstützt.
Im Stand der Technik ergibt sich dabei das Problem, dass der Synchronring eine axiale Bewegungsfreiheit in Richtung zum Gangrad aufweist oder sogar durch eine radiale Vorspannung der Vorsynchroneinheit axial gegen ein dem Synchronring zugeordnetes Gangrad beaufschlagt ist. In einer nicht-geschalteten Neutralstellung des Getriebes kann es bei einer entsprechenden axialen Bewegung des Synchronrings zu einem Kontakt zwischen dem Synchronring und einer Reibfläche des Gangrads kommen, was zu unerwünschten Schleppmomenten führt, welche wiederum den Wirkungsgrad des Getriebes negativ beeinflussen.
Aufgabe der Erfindung ist es, mit geringem Aufwand eine Synchronisationseinheit zu schaffen, welche in einer Neutralstellung des Getriebes ein verringertes Schleppmoment sowie eine axiale Mittenarretierung der Vorsynchroneinheit und der Schaltmuffe aufweist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Synchronisationseinheit der eingangs genannten Art, bei der sowohl die Kontaktfläche als auch die Gegenfläche gegenüber einer Axialrichtung so geneigt sind, dass sich in axialer Richtung vom Synchronkörper zum Gangrad hin gesehen ihr radialer Abstand zu einer Getriebeachse verringert. Mit einer derartig geneigten Kontakt- bzw. Gegenfläche ist eine axiale Bewegung des Synchronrings in Richtung zu seinem zugeordneten Gangrad deutlich erschwert, wodurch unerwünschte Schleppmomente seltener auftreten und/oder betragsmäßig kleiner ausfallen. Dies trägt insgesamt zu einem besseren Wirkungsgrad des Getriebes und damit zu einer effizienteren Energienutzung bei, was sowohl ökonomisch als auch ökologisch vorteilhaft ist.
Die Kontaktfläche und die Gegenfläche können im Wesentlichen parallel ausgerichtet sein, sodass sich die Vorsynchroneinheit flächig am Synchronring abstützt. Daraus resultiert eine geringere Materialbeanspruchung im Bereich der Kontaktstelle, was sich entsprechend positiv auf die Verschleißerscheinungen an den beteiligten Bauteilen auswirkt.
Vorzugsweise ist die Vorsynchroneinheit vom Synchronkörper radial beabstandet. Dies ermöglicht ein ungehindertes, reibungsfreies „Umschlagen” der Vorsynchroneinheit, das heißt eine Bewegung der Vorsynchroneinheit relativ zum Synchronkörper in Umfangsrichtung.
In einer Ausführungsform umfasst die Vorsynchroneinheit ein Bauteil, an dem die Kontaktfläche ausgebildet ist, sowie ein Federelement, welches das Bauteil radial gegen den Synchronring beaufschlagt. Infolge der geneigten Kontakt- und Gegenfläche entsteht durch die radial ausgerichtete Federkraft eine axiale Kraftkomponente im Synchronring, welche den Synchronring axial vom zugeordneten Gangrad weg beaufschlagt. Somit trägt die Federkraft unmittelbar zu einer Minimierung der im Getriebe auftretenden Schleppmomente bei.
Vorzugsweise sind die Kontaktfläche und deren Gegenfläche in einem axialen Längsschnitt der Synchronisationseinheit als gerade Schnittlinien sichtbar, die mit der Axialrichtung einen Winkel α einschließen. Dieser Winkel α bestimmt die Größe der Axialkraftkomponente, welche beim radialen Abstützen der Vorsynchroneinheit in den Synchronring eingeleitet wird. Der Winkel α liegt vorzugsweise in einer Größenordnung von etwa 5° bis 20°, besonders bevorzugt bei 10° bis 15°.
In einer weiteren Ausführungsform der Synchronisationseinheit sind die Vorsynchroneinheit und der Synchronring in Umfangsrichtung im Wesentlichen spielfrei miteinander verbunden. Dadurch werden Klappergeräusche zwischen der Vorsynchroneinheit und dem Synchronring vermieden, was zu einem besonders geräuscharmen Betrieb der Synchronisationseinheit beiträgt.
Bevorzugt weisen die Vorsynchroneinheit und der Synchronring einander zugeordnete Anschlagflächen zur Begrenzung einer axialen Relativbewegung auf.
Darüber hinaus können der Synchronkörper und der Synchronring ebenfalls einander zugeordnete Anschlagflächen zur Begrenzung einer axialen Relativbewegung aufweisen. Zusammen mit der durch die Neigung der Kontakt- und Gegenflächen verursachten Axialkraftkomponente auf den Synchronring führen diese einander zugeordneten Anschlagflächen einerseits zu einer axialen Mittenarretierung der Vorsynchroneinheit und andererseits zu einer definierten „Entlüftungsstellung” des Synchronrings. Als Entlüftungsstellung des Synchronrings wird dabei eine axiale Synchronringposition bezeichnet, in der eine Reibfläche des Synchronrings von einer Reibfläche des Gangrads beabstandet ist, sodass sich „Luft” zwischen den Reibflächen befindet. Demzufolge treten in einer solchen Entlüftungsstellung des Synchronrings keine unerwünschten Schleppmomente, insbesondere hervorgerufen durch Schmier- und Kühlstoffe, im Getriebe auf.
In einer Ausführungsform der Synchronisationseinheit kann der Synchronring eine radiale Außenseite aufweisen, die sich in axialer Richtung vom Synchronkörper zum Gangrad hin gesehen zunächst radial aufweitet und dann radial verjüngt. Diese Konstruktion ermöglicht eine besonders einfache Fertigung des Synchronrings.
In einer anderen Ausführungsform ist an einem dem zugeordneten Gangrad zugewandten axialen Ende des Synchronrings ein in Richtung zum Synchronkörper abgewinkelter Abschnitt angeformt, der die Gegenfläche zum Abstützen der Vorsynchroneinheit aufweist. Ausgehend von herkömmlichen Synchronringen, wie sie beispielsweise bei sogenannten Borg-Warner-Synchronisierungen zum Einsatz kommen, sind bei dieser Konstruktion nur geringfügige konstruktive und fertigungstechnische Anpassungen notwendig, um eine vorteilhafte Reduktion der Schleppmomente zu erreichen.
In einer Ausführungsform der Synchronisationseinheit weist der Synchronring eine Sperrverzahnung auf, die eine Axialbewegung der Schaltmuffe zum Gangrad hin freigeben oder sperren kann. Somit lässt sich die vorteilhafte Schleppmomentverringerung und Mittenarretierung gemäß der Erfindung auch bei Schaltgetrieben mit einem herkömmlichen Sperrmechanismus nach Borg-Warner einsetzen.
Vorzugsweise ist dabei die Sperrverzahnung des Synchronrings in Umfangsrichtung gesehen im Bereich der abgewinkelten Abschnitte unterbrochen.
In einer anderen Ausführungsform der Synchronisationseinheit umfasst die Vorsynchroneinheit eine Sperrverzahnung, die eine Axialbewegung der Schaltmuffe zum Gangrad hin freigeben oder sperren kann. Durch die Ausbildung der Sperrverzahnung an der Vorsynchroneinheit kann am Synchronring auf eine Sperrverzahnung verzichtet werden, wodurch sich der Synchronring deutlich einfacher und preiswerter herstellen lässt.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Vorsynchroneinheit eine Sperrkeilsynchronisationsbaugruppe, mit einem Synchronstein, der sich in radialer Richtung am Synchronring abstützt, einem Federelement, das sich am Synchronstein abstützt, und einem Sperrstein, der durch das Federelement radial gegen die Schaltmuffe beaufschlagt ist, wobei der Sperrstein eine Axialbewegung der Schaltmuffe zum Gangrad hin freigeben oder sperren kann. Bei dieser Konstruktion der Synchronisationseinheit kann sowohl auf eine Sperrverzahnung am Synchronring als auch auf eine Sperrverzahnung an der Vorsynchroneinheit verzichtet werden. Somit lässt sich auch diese Synchronisationseinheit besonders einfach und kostengünstig herstellen.
Insbesondere ist in axialer Richtung auf beiden Seiten des Synchronkörpers ein Synchronring angeordnet. Hieraus ergibt sich eine besonders vorteilhafte Lagerung der Vorsynchroneinheit, die sich symmetrisch auf beiden Synchronringen abstützt.
Vorzugsweise sind die beiden Synchronringe durch die Vorsynchroneinheit in Umfangsrichtung im Wesentlichen spielfrei gekoppelt. Infolge dieser Kopplung reduzieren sich die im Betrieb auftretenden Klappergeräusche zwischen den Synchronringen und dem Synchronkörper erheblich.
Besonders bevorzugt sind die beiden Synchronringe in einer nicht-geschalteten Neutralstellung des Schaltgetriebes durch die Vorsynchroneinheit axial aufeinander zu beaufschlagt. Diese vorteilhafte Beaufschlagung der Synchronringe in ihre „entlüfteten” Stellungen lässt sich mit geringem Aufwand beispielsweise dadurch realisieren, dass die Vorsynchroneinheit eine radiale Vorspannung sowie für jeden Synchronring wenigstens eine Kontaktfläche aufweist, die in geeigneter Weise geneigt ist.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. In diesen zeigen:
1 einen schematischen, axialen Längsschnitt längs der Linie I-I in 3 durch ein Schaltgetriebe mit einer erfindungsgemäßen Synchronisationseinheit gemäß einer ersten Ausführungsform in einer axial mittigen Neutralstellung;
2 einen weiteren axialen Längsschnitt durch das Schaltgetriebe gemäß 1 in einer axial ausgelenkten Stellung;
3 einen schematischen Querschnitt längs der Linie III-III in 1 durch ein Detail der Synchronisationseinheit gemäß 1 im Bereich einer Vorsynchroneinheit in einer Freigabestellung;
4 einen weiteren schematischen Querschnitt durch ein Detail der Synchronisationseinheit gemäß 1 im Bereich einer Vorsynchroneinheit in einer Sperrstellung;
5 einen schematischen, axialen Längsschnitt durch ein Schaltgetriebe mit einer erfindungsgemäßen Synchronisationseinheit gemäß einer zweiten Ausführungsform in einer axial mittigen Neutralstellung;
6 einen weiteren axialen Längsschnitt durch das Schaltgetriebe gemäß 5 in einer axial ausgelenkten Stellung;
7 einen schematischen, axialen Längsschnitt durch ein Schaltgetriebe mit einer erfindungsgemäßen Synchronisationseinheit gemäß einer dritten Ausführungsform in einer axial mittigen Neutralstellung; und
8 einen schematischen, axialen Längsschnitt durch ein Schaltgetriebe mit einer erfindungsgemäßen Synchronisationseinheit gemäß einer vierten Ausführungsform in einer axial mittigen Neutralstellung.
Die 1 zeigt einen Schnitt durch ein Schaltgetriebe 10 eines Fahrzeugs längs einer Getriebeachse A, mit einer Synchronisationseinheit 12 gemäß einer ersten Ausführungsform. Die Synchronisationseinheit 12 umfasst dabei einen Synchronkörper 14, der auf einer um die Getriebeachse A rotierbaren (nicht dargestellten) Getriebewelle drehfest angebracht ist, eine Schaltmuffe 16, die relativ zum Synchronkörper 14 drehfest, aber axial verschieblich angeordnet ist, einen Synchronring 18, 20 zur Kopplung des Synchronkörpers 14 mit einem Gangrad 22, 24 des Schaltgetriebes 10 über eine Reibverbindung, sowie eine Vorsynchroneinheit 26, die an der Schaltmuffe 16 angreift und bei einer Axialverschiebung der Schaltmuffe 16 den Synchronring 18, 20 mit einer axialen Schaltkraft gegen das zu koppelnde Gangrad 22, 24 beaufschlagt.
Die Vorsynchroneinheit 26 weist radial innenseitige Kontaktflächen 28, 30 auf und stützt sich über diese Kontaktflächen 28, 30 an Gegenflächen 32, 34 des Synchronrings 18, 20 in radialer Richtung 36 ab, wobei sowohl die Kontaktflächen 28, 30 als auch die Gegenflächen 32, 34 gegenüber einer Axialrichtung 38 so geneigt sind, dass sich in axialer Richtung 38 vom Synchronkörper 14 zum Gangrad 22, 24 hin gesehen ihr radialer Abstand s zur Drehachse A verringert.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel des Schaltgetriebes 10 sind in axialer Richtung 38 auf beiden Seiten des Synchronkörpers 14 jeweils ein Synchronring 18, 20 und ein Gangrad 22, 24 angeordnet. Die Vorsynchroneinheit 26 weist sowohl eine Kontaktfläche 28 für den in 1 links dargestellten Synchronring 18 als auch eine Kontaktfläche 30 für den in 1 rechts dargestellten Synchronring 20 auf und stützt sich somit symmetrisch an beiden Synchronringen 18, 20 radial nach innen ab. An beiden Synchronringen 18, 20 sind entsprechende Gegenflächen 32, 34 ausgebildet, an denen die Kontaktflächen 28, 30 der Vorsynchroneinheit 26 angreifen.
Jede Kontaktfläche 28, 30 erstreckt sich im Wesentlichen parallel zu ihrer jeweiligen Gegenfläche 32, 34, sodass sich die Vorsynchroneinheit 26 flächig an den Synchronringen 18, 20 abstützt. Die Kontakt- und Gegenflächen 28, 30 bzw. 32, 34 sind im Wesentlichen Kegelabschnittsflächen und daher im Längsschnitt der 1 als gerade Schnittlinien sichtbar, die mit der Axialrichtung 38 einen Winkel α einschließen. Dieser Neigungswinkel α beträgt etwa 5° bis 20°, vorzugsweise 10° bis 15° und bestimmt letztlich eine Axialkraftkomponente F_A zur Mittenarretierung der Vorsynchroneinheit 26 sowie zur Beaufschlagung der Synchronringe 18, 20 weg von Reibflächen 44 ihrer zugeordneten Gangräder 22, 24 (vgl. auch 2).
In dieser ersten Ausführungsform der Synchronisationseinheit 12 sind an einem dem zugeordneten Gangrad 22, 24 zugewandten axialen Ende der Synchronringe 18, 20 in Richtung zum Synchronkörper 14 im Querschnitt betrachtet C- oder V-förmig abgewinkelte Abschnitte 40 vorgesehen, welche die Gegenflächen 32, 34 zum Abstützen der Vorsynchroneinheit 26 aufweisen. Die Abschnitte 40 sind einstückig mit den Synchronringen 18, 20 ausgebildet, also beispielsweise bei einem Sinterring bereits während des Sinterns angeformt oder bei einem Blechring gestanzt und nachträglich umgeformt.
Gemäß 1 befindet sich die Synchronisationseinheit 12 in einer nicht-geschalteten Neutralstellung, in der die Schaltmuffe 16 und die Vorsynchroneinheit 26 axial mittig zum Synchronkörper 14 ausgerichtet sind. Die an den Synchronringen 18, 20 vorgesehenen Reibflächen 42 sind in dieser axialen Neutralstellung von den angrenzenden Reibflächen 44 der Gangräder 22, 24 beabstandet. Mit anderen Worten sind die Synchronringe 18, 20 in dieser Neutralstellung „entlüftet”, da ein Abstand, also „Luft” zwischen den Reibflächen 42, 44 vorhanden ist.
Die Vorsynchroneinheit 26 umfasst in der ersten Ausführungsform der Synchronisationseinheit 12 ein Druckstück 46, an dem die Kontaktflächen 28, 30 ausgebildet sind, ein Kraftübertragungselement 48, das üblicherweise eine Stahlkugel ist, und ein Federelement 50, welches das Druckstück 46 radial nach innen und das Kraftübertragungselement 48 radial nach außen beaufschlagt. Die Vorsynchroneinheit 26 liegt also radial vorgespannt zwischen der Schaltmuffe 16 und den Synchronringen 18, 20, da das in 1 als Schraubendruckfeder ausgeführte Federelement 50 das Druckstück 46 gegen die Abschnitte 40 der Synchronringe 18, 20 und das Kraftübertragungselement 48 gegen die Schaltmuffe 16 presst. Dementsprechend muss eine auf das Druckstück 46 wirkende, radiale Federkraft FR über die Kontaktflächen 28, 30 und die Gegenflächen 32, 34 in die Synchronringe 18, 20 eingeleitet werden.
Infolge der Neigung der Kontakt- und Gegenflächen 28, 30, 32, 34 gegenüber der Axialrichtung 38 entsteht dabei jeweils eine axiale Kraftkomponente F_A ⁴⁶ am Druckstück 46 und eine axiale Kraftkomponente F_A ¹⁸ und F_A ²⁰ an den Synchronringen 18 bzw. 20. Die axialen Kraftkomponenten F_A ¹⁸ und F_A ²⁰ beaufschlagen die Synchronringe 18, 20 aufeinander zu, also in die entlüftete Stellung gemäß 1.
Das Druckstück 46 der Vorsynchroneinheit 26 ist aufgrund der im Betrieb des Schaltgetriebes 10 auftretenden Beanspruchungen üblicherweise als Sinterteil oder Blechteil gefertigt, kann alternativ aber auch aus einem widerstandsfähigen, gegebenenfalls faserverstärkten Kunststoff hergestellt sein.
Die Vorsynchroneinheit 26, genauer das Druckstück 46 der Vorsynchroneinheit 26, und die Synchronringe 18, 20, genauer die Abschnitte 40 der Synchronringe 18, 20, weisen einander zugeordnete Anschlagflächen 52, 52' zur Begrenzung einer axialen Relativbewegung auf. Darüber hinaus weisen der Synchronkörper 14 und die Synchronringe 18, 20 ebenfalls einander zugeordnete Anschlagflächen 54, 54' zur Begrenzung einer axialen Relativbewegung auf. Idealerweise liegen in der Neutralstellung der Synchronisationseinheit 12 gemäß 1 alle einander zugeordneten Anschlagflächen 52, 52'; 54, 54' aneinander an. Die Synchronringe 18, 20 sind dabei axial aufeinander zu beaufschlagt und werden mit ihren Anschlagflächen 52', 54' gegen die zugeordneten Anschlagflächen 52, 54 des Druckstücks 46 und des Synchronkörpers 14 gedrückt. Infolge dieser Beaufschlagung der Synchronringe 18, 20 in ihre jeweilige Entlüftungsstellung werden unerwünschte Schleppmomente im Getriebe 10 minimiert.
Ausgehend von der nicht-geschalteten Neutralstellung in 1 ist die Synchronisationseinheit 12 in 2 zum Beispiel durch eine zufällige Getriebeanregung axial ausgelenkt. Beispielhaft ist hier die Vorsynchroneinheit 26 und über die Anschlagflächen 52, 52' auch der linke Synchronring 18 axial nach links verschoben. Infolge dieser Axialverschiebung bewegen sich die Reibflächen 42, 44 des Synchronrings 18 und des Gangrads 22 aufeinander zu, sodass es zu einer Angleichung der Differenzdrehzahlen zwischen dem Gangrad 22, 24 und dem Synchronkörper 14 kommen kann.
Durch die Axialverschiebung entfernen sich gleichzeitig die Anschlagflächen 54, 54' zwischen dem (linken) Synchronring 18 und dem Synchronkörper 14 sowie die Anschlagflächen 52, 52' zwischen der Vorsynchroneinheit 26 und dem (rechten) Synchronring 20. Der Synchronring 20 wird dabei durch die axiale Kraftkomponente F_A ²⁰ axial in Richtung zum Synchronkörper 14 beaufschlagt, wobei eine entsprechende Synchronringverschiebung durch die Anschlagflächen 54, 54' verhindert und die Kraftkomponente F_A ²⁰ durch eine Auflagerkraft im Synchronkörper 14 neutralisiert wird. Ferner wirkt entgegen der Verschieberichtung die axiale Kraftkomponente F_A ⁴⁶ auf die Vorsynchroneinheit 26 und beaufschlagt diese mitsamt der Schaltmuffe 16 in die axiale Neutralstellung gemäß 1. Folglich ist durch die zusammenwirkenden Flächen 30, 34 mit einfachen Mitteln eine axiale Mittenarretierung der Vorsynchroneinheit 26 realisiert.
Bei dieser Rückstellung der Vorsynchroneinheit 26 in ihre axiale Neutralstellung wird auch der (linke) Synchronring 18 „mitgenommen”, da die axialen Kraftkomponenten F_A ¹⁸ und F_A ⁴⁶ die Anschlagflächen 52, 52' gegeneinander beaufschlagen, sodass sich der Synchronring 18 zusammen mit der Vorsynchroneinheit 26 nach rechts in die Neutralstellung gemäß 1 bewegt. Dabei entfernt sich die Reibfläche 42 des Synchronrings 18 auch wieder von der Reibfläche 44 des Gangrads 22, wodurch unerwünschte Schleppmomente vermieden oder verringert werden.
Die 3 zeigt ein schematisches Querschnittdetail der Synchronisationseinheit 12 gemäß der ersten Ausführungsform im Bereich der Vorsynchroneinheit 26, wobei sich die Synchronisationseinheit 12 in Umfangsrichtung 56 gesehen in einer mittigen Freigabestellung befindet.
Anhand der 3 wird deutlich, dass der Synchronkörper 14 an seinem Außenumfang eine Ausnehmung 58 aufweist, in der die Vorsynchroneinheit 26 aufgenommen ist. Ferner sind die Abschnitte 40 des Synchronrings 20 zu sehen, auf denen das Druckstück 46 aufliegt. Die Abschnitte 40 mit den Gegenflächen 34 erstrecken sich dabei axial in die Ausnehmung 58 des Synchronkörpers 14.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel erstreckt sich das Druckstück 46 passgenau zwischen zwei solche Abschnitte 40. Dementsprechend sind die Vorsynchroneinheit 26, genauer das Druckstück 46 der Vorsynchroneinheit 26, und der Synchronring 20 in Umfangsrichtung 56 weitgehend spielfrei verbunden. Da die Abschnitte 40 beider Synchronringe 18, 20 in gleicher Weise an der Vorsynchroneinheit 26 angreifen, sind die beiden Synchronringe 18, 20 durch die Vorsynchroneinheit 26 in Umfangsrichtung 56 ebenfalls im Wesentlichen spielfrei verbunden. Dies führt zu einem besonders geräuscharmen Betrieb des Schaltgetriebes 10, da zwischen dem Synchronkörper 14 und den Synchronringen 18, 20 auftretende Klappergeräusche infolge der beschriebenen Kopplung deutlich verringert werden.
Die 4 zeigt ein Querschnittdetail analog zu 3, wobei sich die Synchronisationseinheit 12 in einer Sperrstellung befindet. Diese Sperrstellung ist in Umfangsrichtung 56 durch einen Anschlag zwischen der Vorsynchroneinheit 26, genauer dem Druckstück 46 der Vorsynchroneinheit 26, und einer Wand 60 in der Ausnehmung 58 des Synchronkörpers 14 definiert.
In einer alternativen Ausführungsvariante ist es auch denkbar, dass sich die Abschnitte 40 in Umfangsrichtung 56 über die Begrenzung des Druckstücks 46 hinaus erstrecken, sodass die Sperrstellung durch einen Anschlag zwischen den Abschnitten 40 des Synchronrings 18, 20 und der Wand 60 des Synchronkörpers 14 definiert wären. In 3 ist diese Variante am linken Abschnitt 40 gestrichelt angedeutet und mit dem Bezugszeichen 61 versehen.
Im Folgenden wird anhand der 1 bis 4 kurz die Funktionsweise der Synchronisationseinheit 12 gemäß der ersten Ausführungsform erläutert. Zum Schalten des Getriebes 10 wird auf die Schaltmuffe 16 eine axiale Schaltkraft aufgebracht, die über das Kraftübertragungselement 48 und das Druckstück 46 an den jeweiligen Synchronring 18, 20 weitergeleitet wird. Der Synchronring 18, 20 wird dadurch axial verschoben, bis er eine Reibverbindung mit dem zugeordneten Gangrad 22, 24 ausbildet. Bei einem Drehzahlunterschied zwischen dem Synchronkörper 14 und dem jeweiligen Gangrad 22, 24 bewegt sich der Synchronring 18, 20 mitsamt dem Druckstück 46 der Vorsynchroneinheit 26 in die Sperrstellung gemäß 4.
In der ersten Ausführungsform der Synchronisationseinheit 12 weist der Synchronring 18, 20 eine Sperrverzahnung 62 auf (vgl. 1 und 2). Diese Sperrverzahnung 62 verhindert in der Sperrstellung gemäß 4 eine Axialbewegung der Schaltmuffe 16 zum Gangrad 22, 24 hin, wohingegen sie in der Freigabestellung gemäß 3 eine solche Axialbewegung erlaubt.
Erst wenn sich die Drehzahlen des Synchronkörpers 14 und des Gangrads 22, 24 weitgehend angeglichen haben, lässt die Umfangskraft, welche die Synchronisationseinheit 12 in ihre Sperrstellung beaufschlagt, so weit nach, dass die Schaltkraft ausreicht, um die Synchronisationseinheit 12 in ihre Freigabestellung zu überführen und die Schaltmuffe 16 über die Sperrverzahnung 62 hinweg auf eine Schaltverzahnung 64 des Gangrads 22, 24 zu schieben. Die Sperrverzahnung 62 sowie eine Innenverzahnung 66 der Schaltmuffe 16 weisen hierzu in Axialrichtung 38 keilförmig zulaufende Zähne auf, sodass der Synchronring 18, 20 relativ zum Synchronkörper 14 durch die axiale Schaltkraft in Umfangsrichtung 56 von der Sperrstellung in die Freigabestellung beaufschlagt ist.
Die Bewegung der Synchronisationseinheit 12 zwischen Freigabestellung und Sperrstellung wird auch als „Umschlagen” der Synchronisationseinheit 12 bezeichnet. Um ein problemloses, das heißt insbesondere reibungsarmes Umschlagen der Synchronisationseinheit 12 zu ermöglichen, ist die Vorsynchroneinheit 26 vom Synchronkörper 14 radial beabstandet. Dadurch kann sich der Synchronring 18, 20 zusammen mit dem Druckstück 46 der Vorsynchroneinheit 26 in Umfangsrichtung 56 ohne Behinderung relativ zum Synchronkörper 14 bewegen. Darüber hinaus ist in der Innenverzahnung 66 der Schaltmuffe 16 eine Umfangsnut 68 für das Kraftübertragungselement 48 vorgesehen, sodass das Kraftübertragungselement 48 beim Umschlagen unter geringem Gleit- oder Rollwiderstand relativ zur Schaltmuffe 16 in Umfangsrichtung 56 bewegt werden kann.
Wie in den 1 und 2 angedeutet, ist die Sperrverzahnung 62 in Umfangsrichtung 56 gesehen im Bereich der abgewinkelten Abschnitte 40 unterbrochen. Dies hat im Wesentlichen fertigungstechnische Gründe.
Der Vollständigkeit halber sei noch darauf hingewiesen, dass gewöhnlich über den Außenumfang des Synchronkörpers 14 verteilt mehrere, insbesondere drei Vorsynchroneinheiten 26 angeordnet sind.
Die 5 und 6 zeigen das Schaltgetriebe 10 mit einer Synchronisationseinheit 12 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Die Synchronisationseinheit 12 befindet sich gemäß 5 in einer nicht-geschalteten axialen Neutralstellung analog zu 1 und gemäß 6 in einer axial ausgelenkten Stellung analog zu 2.
Die Mittenarretierung der Vorsynchroneinheit 26 sowie die Verringerung von Schleppmomenten mittels geneigter Kontakt- und Gegenflächen 28, 30, 32, 34 erfolgt nach dem Prinzip der ersten Ausführungsform, weshalb diesbezüglich auf die obige Beschreibung verwiesen wird.
Bezüglich der allgemeinen Funktion des Schaltgetriebes 10 wird ebenfalls auf die Beschreibung der 1 bis 4 verwiesen und im Folgenden lediglich auf Unterscheidungsmerkmale eingegangen.
Im Unterschied zur ersten Ausführungsform der Synchronisationseinheit 12 gemäß den 1 bis 4 umfasst in der zweiten Ausführungsform gemäß den 5 und 6 die Vorsynchroneinheit 26 die Sperrverzahnung 62, welche eine Axialbewegung der Schaltmuffe 16 zum Gangrad 22, 24 hin freigeben oder sperren kann.
Da auch in der zweiten Ausführungsform die Vorsynchroneinheit 26 und der Synchronring 18, 20 in Umfangsrichtung 56 im Wesentlichen spielfrei verbunden sind, ändert sich am Funktionsprinzip des Schaltgetriebes 10 im Vergleich zur ersten Ausführungsform nichts.
Ein weiterer Unterschied zur ersten Ausführungsform ist die geänderte und dabei deutlich vereinfachte Form des Synchronrings 18, 20. Der Synchronring 18, 20 kann hier als Konusring bezeichnet werden und weist eine radiale Innenseite auf, die sich in axialer Richtung 38 vom Synchronkörper 14 zum Gangrad 22, 24 hin gesehen konisch aufweitet. Die Besonderheit ist, dass der Synchronring 18, 20 eine radiale Außenseite aufweist, die sich in axialer Richtung 38 vom Synchronkörper 14 zum Gangrad 22, 24 hin gesehen zunächst parallel zur Innenseite radial bis zu einem Maximaldurchmesser aufweitet, dann jedoch radial verjüngt. Dieser sich vom Maximaldurchmesser zum Gangrad 22, 24 hin verjüngende Bereich bildet die Gegenfläche 32, 34 für die Kontaktfläche 28, 30 der Vorsynchroneinheit 26, genauer dem Druckstück 46 der Vorsynchroneinheit 26 (vgl. 6).
Die in Umfangsrichtung 56 im Wesentlichen spielfreie Verbindung zwischen der Vorsynchroneinheit 26 und dem Synchronring 18, 20 erfolgt durch axiale Fortsätze 69 an den Synchronringen 18, 20. Analog zu den Abschnitten 40 in den 3 und 4 erstreckt sich das Druckstück 46 so zwischen zwei in Umfangsrichtung 56 beabstandete Fortsätze 69 jedes Synchronrings 18, 20, dass die Synchronringe 18, 20 im Wesentlichen drehfest mit dem Druckstück 46 gekoppelt sind.
Im Bereich der axialen Fortsätze 69 sind am Synchronkörper 14 Anschlagflächen 54 ausgebildet, die mit Anschlagflächen 54' zusammenwirken, welche an den angrenzenden axialen Enden der Fortsätze 69 ausgebildet sind. Wie in 2 verhindern diese Anschlagflächen 54, 54', dass sich der (rechte) Synchronring 20 in 6 axial weiter in Richtung zum Synchronkörper 14 (nach links) bewegt.
Eine dritte Ausführungsform der Synchronisationseinheit 12 in einer nicht-geschalteten Neutralstellung ist im Längsschnitt des Schaltgetriebes 10 gemäß 7 dargestellt. Sie ist weitgehend identisch mit der bereits erläuterten zweiten Ausführungsform gemäß den 5 und 6.
Der einzige wesentliche Unterschied liegt darin, dass der Synchronring 18, 20 eine radiale Außenseite aufweist, die sich in axialer Richtung 38 vom Synchronkörper 14 zum Gangrad 22, 24 hin gesehen zunächst radial bis zu einem Minimaldurchmesser verjüngt und dann radial aufweitet, parallel zur radialen Innenseite des Synchronrings 18, 20. Der sich vom Synchronkörper 14 zum Minimaldurchmesser hin verjüngende Bereich bildet die Gegenfläche 32, 34 für die Kontaktfläche 28, 30 der Vorsynchroneinheit 26, genauer dem Druckstück 46 der Vorsynchroneinheit 26.
Die 8 zeigt das Schaltgetriebe 10 mit einer Synchronisationseinheit 12 gemäß einer vierten Ausführungsform, wobei die Synchronisationseinheit 12 analog zu den 1 und 5 in einer nicht-geschalteten Neutralstellung dargestellt ist.
Diese vierte Ausführungsform unterscheidet sich von der zweiten Ausführungsform (5 und 6) lediglich durch einen unterschiedlichen Sperrmechanismus des Getriebes 10, der im Folgenden kurz erläutert wird. Im Übrigen wird auf die obige Beschreibung zu den 1 bis 7 verwiesen.
Gemäß 8 ist die Vorsynchroneinheit 26 eine Sperrkeilsynchronisationsbaugruppe, mit einem Synchronstein 70, der sich in radialer Richtung 36 am Synchronring 18, 20 abstützt, dem Federelement 50, das sich am Synchronstein 70 abstützt, und einem Sperrstein 72, der durch das Federelement 50 radial gegen die Schaltmuffe 16 beaufschlagt ist, wobei der Sperrstein 72 eine Axialbewegung der Schaltmuffe 16 zum Gangrad 22, 24 hin freigeben oder sperren kann.
Die Sperrfunktion der Synchronisationseinheit 12 wird somit durch die besondere Geometrie des Sperrsteins 72 und des Synchronsteins 70 der Vorsynchroneinheit 26 realisiert, wodurch auf eine Sperrverzahnung am Synchronring 18, 20 (1 bis 4) oder eine Sperrverzahnung 62 am Druckstück 46 (5 und 6) verzichtet werden kann. Das allgemeine Sperrprinzip mittels Synchronstein 70 und Sperrstein 72 ist bereits in der DE 10 2007 010 307 B3 ausführlich beschrieben, weshalb hier nicht näher darauf eingegangen wird.
Abgesehen von seiner Sperrfunktion entspricht ansonsten der Synchronstein 70 im Wesentlichen dem Druckstück 46 und der Sperrstein 72 im Wesentlichen dem Kraftübertragungselement 48.
Allgemein ausgedrückt umfasst die Vorsynchroneinheit 26 in jedem der beschriebenen Ausführungsbeispiele ein Bauteil, an dem die Kontaktfläche 28, 30 ausgebildet ist (Druckstück 46 oder Synchronstein 70), sowie das Federelement 50, welches das Bauteil radial gegen den Synchronring 18, 20 beaufschlagt. Diese radiale Beaufschlagung in Verbindung mit den geneigten Kontakt- und Gegenflächen 28, 30, 32, 34 ermöglicht bei besonders geringem konstruktivem Aufwand eine vorteilhafte axiale Mittenarretierung der Vorsynchroneinheit 26 sowie eine deutliche Verringerung der Schleppmomente.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 202009004325 U1 [0002]
DE 102007010307 B3 [0068]

Claims

Synchronisationseinheit eines Getriebes (10), mit einem Synchronkörper (14), der auf einer Getriebewelle drehfest angebracht ist, einer Schaltmuffe (16), die relativ zum Synchronkörper (14) drehfest, aber axial verschieblich angeordnet ist, einem Synchronring (18, 20) zur Kopplung des Synchronkörpers (14) mit einem Gangrad (22, 24) des Getriebes (10) über eine Reibverbindung, sowie einer Vorsynchroneinheit (26), die an der Schaltmuffe (16) angreift und bei einer Axialverschiebung der Schaltmuffe (16) den Synchronring (18) mit einer axialen Schaltkraft gegen das zu koppelnde Gangrad (22, 24) beaufschlagt, wobei die Vorsynchroneinheit (26) eine Kontaktfläche (28, 30) aufweist und sich über diese Kontaktfläche (28, 30) an einer Gegenfläche (32,34) des Synchronrings (18, 20) in radialer Richtung (36) abstützt, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Kontaktfläche (28, 30) als auch die Gegenfläche (32, 34) gegenüber einer Axialrichtung (38) so geneigt sind, dass sich in axialer Richtung (38) vom Synchronkörper (14) zum Gangrad (22, 24) hin gesehen ihr radialer Abstand (s) zu einer Getriebeachse (A) verringert.
Synchronisationseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfläche (28, 30) und die Gegenfläche (32, 34) im Wesentlichen parallel sind, sodass sich die Vorsynchroneinheit (26) flächig am Synchronring (18, 20) abstützt.
Synchronisationseinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsynchroneinheit (26) vom Synchronkörper (14) radial beabstandet ist.
Synchronisationseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsynchroneinheit (26) ein Bauteil umfasst, an dem die Kontaktfläche (28, 30) ausgebildet ist, sowie ein Federelement (50), welches das Bauteil radial gegen den Synchronring (18, 20) beaufschlagt.
Synchronisationseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfläche (28, 30) und deren Gegenfläche (32, 34) in einem axialen Längsschnitt der Synchronisationseinheit (12) als gerade Schnittlinien sichtbar sind, die mit der Axialrichtung (38) einen Winkel (α) einschließen.
Synchronisationseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsynchroneinheit (26) und der Synchronring (18, 20) in Umfangsrichtung (56) im Wesentlichen spielfrei verbunden sind.
Synchronisationseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsynchroneinheit (26) und der Synchronring (18, 20) einander zugeordnete Anschlagflächen (52, 52') zur Begrenzung einer axialen Relativbewegung aufweisen.
Synchronisationseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Synchronkörper (14) und der Synchronring (18, 20) einander zugeordnete Anschlagflächen (54, 54') zur Begrenzung einer axialen Relativbewegung aufweisen.
Synchronisationseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Synchronring (18, 20) eine radiale Außenseite aufweist, die sich in axialer Richtung (38) vom Synchronkörper (14) zum Gangrad (22, 24) hin gesehen zunächst radial aufweitet und dann radial verjüngt.
Synchronisationseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Synchronring (18, 20) eine radiale Außenseite aufweist, die sich in axialer Richtung (38) vom Synchronkörper (14) zum Gangrad (22, 24) hin gesehen zunächst radial verjüngt und dann radial aufweitet.
Synchronisationseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass an einem dem zugeordneten Gangrad (22, 24) zugewandten axialen Ende des Synchronrings (18, 20) ein in Richtung zum Synchronkörper (14) abgewinkelter Abschnitt (40) angeformt ist, der die Gegenfläche (32, 34) zum Abstützen der Vorsynchroneinheit (26) aufweist.
Synchronisationseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Synchronring (18, 20) eine Sperrverzahnung (62) aufweist, die eine Axialbewegung der Schaltmuffe (16) zum Gangrad (22, 24) hin freigeben oder sperren kann.
Synchronisationseinheit nach den Ansprüchen 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrverzahnung (62) in Umfangsrichtung (56) gesehen im Bereich der abgewinkelten Abschnitte (40) unterbrochen ist.
Synchronisationseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsynchroneinheit (26) eine Sperrverzahnung (62) aufweist, die eine Axialbewegung der Schaltmuffe (16) zum Gangrad (22, 24) hin freigeben oder sperren kann.
Synchronisationseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsynchroneinheit (26) eine Sperrkeilsynchronisationsbaugruppe ist, mit einem Synchronstein (70), der sich in radialer Richtung (36) am Synchronring (18, 20) abstützt, einem Federelement (50), das sich am Synchronstein (70) abstützt, und einem Sperrstein (72), der durch das Federelement (50) radial gegen die Schaltmuffe (16) beaufschlagt ist, wobei der Sperrstein (72) eine Axialbewegung der Schaltmuffe (16) zum Gangrad (22, 24) hin freigeben oder sperren kann.
Synchronisationseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in axialer Richtung (38) auf beiden Seiten des Synchronkörpers (14) ein Synchronring (18, 20) angeordnet ist.
Synchronisationseinheit nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Synchronringe (18, 20) durch die Vorsynchroneinheit (26) in Umfangsrichtung (56) im Wesentlichen spielfrei gekoppelt sind.
Synchronisationseinheit nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Synchronringe (18, 20) in einer nicht-geschalteten Neutralstellung des Getriebes (10) durch die Vorsynchroneinheit (26) axial aufeinander zu beaufschlagt sind.