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Die
Erfindung betrifft eine Synchronisiereinrichtung der im Oberbegriff
des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.
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Aus
dem Serienbau von Kraftwagen sind Synchronisiereinrichtungen bekannt,
welche ein Losrad, welches auch als Schaltrad bezeichnet wird, sowie
einen dem Losrad zugeordneten Kupplungskörper mit einer Schaltverzahnung
und einem Reibkonus umfassen. Das Losrad weist dabei eine außenumfangsseitig
angeordnete Laufverzahnung auf, über
welche das Losrad beispielsweise mit einem mit einer Abtriebswelle
drehfest verbundenen Zahnrad zusammenwirkt und ein Drehmoment auf
dieses Zahnrad überträgt. Des
Weiteren weist das Losrad eine außenumfangsseitige Mitnahmeverzahnung auf, über welche
das Losrad mit dem Kupplungskörper
drehfest verbunden ist. Dementsprechend weist auch der Kupplungskörper eine
zu der Mitnahmeverzahnung korrespondierende Mitnahmeverzahnung auf.
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Das
Losrad ist über
den Kupplungskörper
mit einer Schaltmuffe drehfest verbindbar, wobei die Schaltmuffe
mit einer entsprechenden innenumfangsseitigen Verzahnung mit der
außenumfangsseitigen
Schaltverzahnung des Kupplungskörpers
zusammenwirkt und somit den Kupplungskörper und damit das mit dem
Kupplungskörper
drehfest verbundene Losrad antreibt. Das Losrad dieser bekannten Synchronisiereinrichtung
weist weiteres Potential auf, seine Steifigkeit zu verbessern.
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Synchronisiereinrichtung
der eingangs genannten Art bereitzustellen, bei welcher das Losrad
eine verbesserte Steifigkeit bei gleichzeitig geringer Komplexität aufweist.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Synchronisiereinrichtung mit den Merkmalen
des Patentanspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der
Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen angegeben.
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Eine
erfindungsgemäße Synchronisiereinrichtung
für ein
schaltbares Getriebe, mit zumindest einem eine außenumfangsseitig
angeordnete Laufverzahnung aufweisenden Zahnrad, welches auch als
Losrad bezeichnet wird, und mit zumindest einem, mit dem Zahnrad
verbundenen und ein Synchronisierungsbereich, insbesondere einen
Reibkonus, aufweisenden Kupplungselement, zeichnet sich dadurch
aus, dass das Zahnrad und das Kupplungselement über die Laufverzahnung des
Zahnrades drehfest miteinander verbunden sind. Durch diese drehfeste
Verbindung des Kupplungselements mit dem Zahnrad kann eine zusätzliche,
insbesondere außenumfangsseitige
Verzahnung, welche auch als Mitnahmeverzahnung bezeichnet wird,
des Zahnrads entfallen. Dadurch kann bei gleichbleibenden Bauraumbedarf
die Wandungsdicke einer sich in radialer Richtung des Zahnrads innenseitig
an die Laufverzahnung anschließenden
Wandung des Zahnrads besonders hoch ausgebildet werden, was dem
Zahnrad eine hohe Steifigkeit verleiht.
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Mit
anderen Worten kann die so genannte Nabendicke des Zahnrads bei
gleich bleibenden Bauraumbedarf desselbigen gegenüber aus
dem Stand der Technik bekannten Losrädern besonders hoch ausgeführt werden,
was mit einer erhöhten
Steifigkeit und mit einer erhöhten
Lebensdauer des Zahnrads einhergeht. Im Umkehrschluss bedeutet dies,
dass das Zahnrad bei gleich bleibender Widerstandsfähigkeit
gegenüber
während
eines Betriebs des Getriebes auftretenden Belastungen und somit bei
gleichbleibender Lebensdauer besonders bauraumgünstig ausgebildet werden kann
infolge der erfindungsgemäßen Gestaltung
der drehfesten Verbindung des Kupplungselements mit dem Zahnrad.
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Die
erfindungsgemäße drehfeste
Verbindung des Kupplungselements mit dem Zahnrad stellt somit eine
besonders vorteilhafte Welle-Nabe-Verbindung dar, bei welcher das
Kupplungselement, welches auch als Kupplungskörper bezeichnet wird, beispielsweise
direkt auf der Laufverzahnung angeordnet ist, wodurch bei der Herstellung
des Zahnrads lediglich die Laufverzahnung und keine weiteren, anderweitigen
Verzahnungen wie beispielsweise die Mitnahmeverzahnung ausgebildet
werden müssen. Dies
hält den
Fertigungsaufwand und damit die Fertigungskosten des Zahnrads und
damit der gesamten Synchronisiereinrichtung in einem geringen Rahmen.
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Das
Kupplungselement der Synchronisiereinrichtung hat dabei die Aufgabe,
das Zahnrad mit einer Schaltmuffe der Synchronisiereinrichtung drehfest
zu verbinden, wobei mittels der Schaltmuffe wahlweise zwischen zwei
Gängen
des Getriebes geschaltet werden kann. Zum Einlegen eines Ganges wird
dabei die Schaltmuffe mit einer innenumfangsseitig angeordneten
Verzahnung, welche beispielsweise als Klauenverzahnung ausgebildet
ist, mit einer außenumfangsseitig
angeordneten Schaltverzahnung des Kupplungselements in Eingriff
bewegt, so dass die Schaltmuffe mit dem Kupplungselement drehfest
verbunden ist. Dadurch kann die angetriebene und rotierende Schaltmuffe
das Kupplungselement antreiben, welches durch die drehfeste Verbindung
mit dem Zahnrad dieses in Rotation versetzt und somit antreibt.
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Mittels
des Synchronisierungsbereichs des Kupplungselements sind dabei etwaige
Drehzahldifferenzen zwischen dem Zahnrad und der Schaltmuffe ausgleichbar,
so dass ein einfaches und verschleißarmes Einlegen des Gangs möglich ist.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung ist zumindest ein Sicherungsteil, insbesondere ein
Sicherungsring, vorgesehen, mittels welchem eine axiale Relativbewegung
zwischen dem Zahnrad und dem Kupplungselement in zumindest eine
Axialrichtung, insbesondere in beide Axialrichtungen, des Zahnrads
verhindert ist. Dadurch ist eine unerwünschte Relativbewegung zwischen
dem Kupplungselement und dem Zahnrad vermieden, was der Funktionserfüllung der
Synchronisiereinrichtung zugute kommt.
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Die
axiale Relativbewegung zwischen dem Zahnrad und dem Kupplungsteil
kann beispielsweise auch durch eine Verstemmung der Laufverzahnung des
Zahnrads im Bereich des Kupplungselements verhindert sein.
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Ebenso
ist es möglich,
dass ein solches Sicherungsteil nicht vorgesehen ist, was das Gewicht, die
Teileanzahl sowie die Kosten der Synchronisiereinrichtung in einem
geringen Rahmen hält.
Dies ist vorteilhafterweise dann der Fall, wenn die Laufverzahnung
des Zahnrads zumindest im Wesentlichen als geradverzahnte Laufverzahnung
ausgebildet ist, wobei dann während
des Betriebs der Synchronisiereinrichtung bzw. des Getriebes keine
oder nur sehr geringe Axialkräfte
auftreten, die eine axiale Relativbewegung zwischen dem Kupplungsteil
und dem Zahnrad bewirken könnten.
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Ist
die Laufverzahnung hingegen als zumindest im Wesentlichen schrägverzahnte
Laufverzahnung ausgebildet, so kann es zu Axialkräften kommen,
die eine Relativbewegung zwischen dem Kupplungselement und dem Zahnrad
bewirken können.
Je nach Drehrichtung des Zahnrads bzw. des Kupplungselements ist
dann vorteilhafterweise ein Sicherungsteil vorgesehen, welches die
Relativbewegung zwischen dem Kupplungsteil und dem Zahnrad in die von
den Axialkräften
bewirkte Richtung verhindert.
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Darüber hinaus
ist es möglich,
auch bei der als schrägverzahnte
Laufverzahnung ausgebildeten Laufverzahnung auf ein bzw. derartige
Sicherungsteile zu verzichten. Dies ist beispielsweise dann der Fall,
wenn die aus der Schrägverzahnung
resultierenden Axialkräfte
eine Relativbewegung des Zahnrads und des Kupplungselements aufeinander
zu bewirken, wobei dann mit anderen Worten die Schrägverzahnung
des Zahnrad das Kupplungselement an das Zahnrad heranzieht bzw.
drückt.
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In
jeglicher Hinsicht ermöglicht
die erfindungsgemäße Synchronisiereinrichtung
eine Erhöhung
der Steifigkeit sowie Stabilität
insbesondere des Zahnrads infolge der erhöhten Nabendicke sowie infolge
eines Entfalls von Kerben oder dergleichen. Ebenso weist die Synchronisiereinrichtung
geringe Kosten sowie einen geringen Bearbeitungsaufwand auf, da
lediglich die Laufverzahnung des Zahnrads als Verzahnung ausgebildet
werden muss. Des Weiteren ist eine besonders einfache und kostengünstige Herstellung
möglich,
da insbesondere das Laufrad sowie das Kupplungselement mit einer
außenumfangsseitig
angeordneten Schaltverzahnung, über
welche das Kupplungselement mit der Schaltmuffe zusammenwirken kann,
sowie mit einer gegebenenfalls vorhandenen, zu der Laufverzahnung
korrespondierenden Gegenverzahnung werkzeugfallend herstellbar ist
bzw. sind.
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Zur
besonders günstigen
Herstellung des Zahnrads und/oder des Kupplungselements ist das Zahnrad
und/oder das Kupplungselement vorteilhafterweise durch Sintern oder
durch Feinschmieden hergestellt.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung mehrerer bevorzugter Ausführungsbeispiele
sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung
genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend
in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine
gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der
jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen
oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung
zu verlassen.
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Die
Zeichnungen zeigen in:
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1 eine
schematische Perspektivansicht einer Synchronisiereinrichtung für ein schaltbares Getriebe
mit einem Losrad und mit einem mit dem Losrad drehfest verbundenen
Kupplungskörper;
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2 eine
schematische und perspektivische Längsschnittansicht der Synchronisiereinrichtung
gemäß 1;
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3 eine
schematische Perspektivansicht der Synchronisiereinrichtung gemäß den vorhergehenden
Figuren;
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4 eine
schematische Längsschnittansicht
des Kupplungskörpers
der Synchronisiereinrichtung gemäß 3;
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5 eine
schematische Draufsicht des Kupplungskörpers gemäß 4; und
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6 eine
schematische Seitenansicht des Losrads der Synchronisiereinrichtung
gemäß 3.
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Die 1 bis 6 zeigen
eine Synchronisiereinrichtung 10 für ein schaltbares Getriebe
eines Kraftwagens. Die Synchronisiereinrichtung 10 umfasst
dabei ein Losrad 12, welches beispielsweise mittels eines
Nadellagers relativ zu einer antreibbaren Welle des Getriebes drehbar
gelagert ist. Das Losrad weist eine außenumfangsseitig angeordnete Laufverzahnung 14 auf, über welche
es Kräfte
und Momente an ein weiteres, beispielsweise mit einer weiteren Welle
des Getriebes drehfest verbundenen Zahnrad übertragen kann. Die Laufverzahnung 14 ist dabei
als schrägverzahnte
Laufverzahnung 14 ausgebildet.
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Die
Synchronisiereinrichtung 10 umfasst weiterhin einen Kupplungskörper 16,
welcher einen Reibkonus 18 sowie eine in den 1 und 2 nicht
dargestellte, außenumfangsseitig
angeordnete Schaltverzahnung aufweist. Der Kupplungskörper 16 und
das Losrad 12 sind über
die Laufverzahnung 14 des Losrads 12 drehfest
miteinander verbunden, indem die Laufverzahnung 14 mit
einer korrespondierenden, innenumfangsseitig angeordneten Gegenverzahnung 30 des
Kupplungskörpers 16 im
Eingriff steht.
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Der
Kupplungskörper 16 kann
beim Einlegen eines Gangs des Getriebes über dessen Schaltverzahnung
mit einer Schaltmuffe der Synchronisiereinrichtung 10 drehfest
verbunden werden, so dass der Kupplungskörper 16 von der mit
der Welle des Getriebes drehfest verbundenen Schaltmuffe angetrieben
wird. Dadurch wird auch das mit dem Kupplungskörper 16 drehfest verbundene
Losrad 12 angetrieben. Der Reibkonus 18 dient
dabei dem Zweck, etwaige Drehzahldifferenzen zwischen dem Kupplungskörper 16 bzw.
dem Losrad 12 und der Schaltmuffe auszugleichen.
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Diese
drehfeste Verbindung des Kupplungskörpers 16 mit dem Losrad 12 vermeidet
die Ausbildung einer Mitnahmeverzahnung des Losrads 12 zur drehfesten
Verbindung des Losrads 12 mit dem Kupplungskörper 16,
wodurch die Nabendicke t des Losrads 12 besonders hoch
ausgebildet werden kann. Daraus resultiert eine sehr hohe Steifigkeit
und Stabilität
des Losrads 12, was mit einer hohen Lebensdauer desselbigen
einhergeht.
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Zur
Vermeidung einer axialen Relativbewegung zwischen dem Losrad 12 und
dem Kupplungskörper 16 gemäß Richtungspfeilen 20 ist
ein axialer Anschlag 22 vorgesehen, welcher einerseits
durch Anschlagsflächen
der Laufverzahnung 14 und andererseits durch dazu korrespondierende
Anschlagsflächen
des Kupplungskörpers 16 gebildet
ist, welche zumindest im Wesentlichen senkrecht zur axialen Richtung
des Losrads 12 sowie des Kupplungskörper 16 gemäß einem
Richtungspfeil 24 verlaufen.
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Diese
Nachteile sind bei der Synchronisiereinrichtung 10 überwunden,
wobei der Kupplungskörper 16 in
einfache Art und Weise auf das Losrad 12 aufgesteckt und über die
Laufverzahnung 14 mit diesem drehfest verbunden ist.
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Der
direkt am Losrad 12 und am Kupplungskörper 16 angeformte,
axiale Anschlag 22 verhindert, dass der Kupplungskörper 16 beim
Schalten von der Schaltmuffe weggedrückt wird oder infolge weiterer Einflüsse in axialer
Richtung relativ zu dem Losrad 12 bewegt wird.
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Zur
Verhinderung einer axialen Relativbewegung zwischen dem Kupplungskörper 16 und
dem Losrad 12 gemäß Richtungspfeilen 28 kann
ein Sicherungsteil beispielsweise in Form eines Sicherungsrings
oder in Form einer Verstemmung der Laufverzahnung 14 vorgesehen
sein.
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Wie
insbesondere den 3 bis 6 zu entnehmen
ist, ist die schrägverzahnte
Laufverzahnung 14 des Losrads 12 in eine zu der
Laufverzahnung 14 korrespondierende Gegenverzahnung 30 des
Kupplungskörpers 16 eingesteckt,
wobei jeder Zahn der Verzahnung 14 über die senkrecht zur axialen
Richtung gemäß dem Richtungspfeil 24 verlaufenden
Anschlagsfläche
mit der jeweils korrespondierenden Anschlagsfläche des Kupplungskörpers 16 zusammenwirkt
zur Ausbildung des Anschlags 22.
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In
der 6 ist ein Bereich 32 der Laufverzahnung 14 des
Losrads 12 dargestellt, welcher als Mitnahmeverzahnung
des Losrads 12 fungiert und mit der als Mitnahmeverzahnung
des Kupplungskörpers 16 ausgebildeten
Gegenverzahnung 30 zur drehfesten Verbindung des Losrads 12 mit
dem Kupplungskörper 16 unter
Ausbildung einer Steckverbindung in Eingriff zu verbringen ist.
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Ein
der 6 deutlich zu entnehmender Absatz 34 des
Losrads 12 kann bei Bedarf ohne weiteres entfallen, ohne
die Funktion der drehfesten Verbindung des Losrads 12 mit
dem Kupplungskörper 16 sowie
die Sicherung gegen eine axiale Relativbewegung dieser zueinander
negativ zu beeinträchtigen.
