DE102010034420B4

DE102010034420B4 - Synchronkupplung, insbesondere für Schaltgetriebe in Kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE102010034420B4
Application number: DE102010034420.6A
Authority: DE
Inventors: Ramo Campara
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2010-08-16
Filing date: 2010-08-16
Publication date: 2016-10-06
Anticipated expiration: 2030-08-17
Also published as: DE102010034420A1

Abstract

Synchronkupplung, insbesondere für Schaltgetriebe in Kraftfahrzeugen, mit einem mit einer Getriebewelle kuppelbaren Gangzahnrad, das eine mit einem Gegenzahnrad ständig kämmende Laufverzahnung, ein Schaltzahnrad und zumindest einen mit einem Synchronring mit einem Innenkonus zusammenwirkenden Außenkonus trägt, die axial hintereinander angeordnet sind, wobei der Außenkonus (36) zum Gangzahnrad (32) hin derart verlängert ist, dass er teilweise in radialer Überdeckung mit dem ringförmig ausgebildeten Schaltzahnrad (34) positioniert ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein den Innenkonus (37) verlängernder Nabenabschnitt (38b) des Synchronringes (38) in einen ringförmigen Freiraum (46) zwischen dem Außenkonus (36) und dem Innenumfang des ringförmigen Schaltzahnrades (34) einragt, dass der Innenumfang des ringförmigen Schaltzahnrades (34) durch das Schaltzahnrad (34) selbst oder durch einen Ringbund (32c) des Gangzahnrades (32) gebildet ist und dass der Außenkonus (36) an einer auf der Getriebewelle (16) gelagerten Führungshülse (40) ausgebildet ist, die ferner das Gangzahnrad (32) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Synchronkupplung, insbesondere für Schaltgetriebe in Kraftfahrzeugen, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Die Baulänge von Einfach- oder Doppelsynchronkupplungen bestimmt sich u. a. auch aus der Maßkette Breite (axiale Länge) des Gangzahnrades, Breite des benachbarten Schaltzahnrades und Länge des mit dem Synchronring zusammenwirkenden Außenkonus der Funktionseinheit. Bei Doppelsynchronkupplungen sind beiderseits des Kupplungskörpers entsprechende Funktionseinheiten bzw. Gangzahnräder vorgesehen. Die Länge und der Durchmesser des Außenkonus bestimmen die Synchronleistung der Kupplung bzw. die aufzubringenden Schaltkräfte bis zum Herstellen des Gleichlaufes zwischen Gangzahnrad und korrespondierender Getriebewelle.
Mehrteilige Konstruktionen von Gangzahnrad, Schaltzahnrad und Außenkonus von Synchronkupplungen zeigen zum Beispiel die FR 2 790 052 A1 oder die DE 34 45 144 C1 , die zwar fertigungstechnisch günstig konzipiert sind, die aber die besagte Maßkette nicht verkürzen.
Aus der DE 22 52 520 A ist eine Synchronkupplung mit einem Synchronring und einem Schaltzahnrad bekannt. Dabei ist an dem Synchronring ein Innenkonus gebildet, und an dem Schaltzahnrad ist ein Außenkonus gebildet. Eine in axialer Richtung kurz bauende Synchronkupplung wird hier erreicht, indem der Synchronring schmal ausgebildet ist. Zähne eines Muffenträgers ragen nämlich in den Zahnkranz des Synchronrings und begrenzen die Verdrehbarkeit desselben, weshalb radial nach innen ragende Enden der Sperrstücke entfallen und am Synchronring keine Materialverstärkung notwendig ist.
Die DE 25 38 780 A1 beschreibt eine Synchronisierungseinrichtung mit einem Synchronring und einem Gangzahnrad. Zwischen dem Synchronring und dem Gangzahnrad sind hier ein Reibring, ein Druckring, mehrere Scheiben und ein Gleitring angeordnet, wobei bei einer Bewegung der Schaltmuffe alle Bauteile in Richtung des Gangzahnrads bewegt werden, bis diese aneinander liegen.
Die DE 101 63 412 A1 zeigt eine Synchronkupplung, bei der zwischen dem Synchronring und dem Gangzahnrad eine Kupplungsscheibe vorgesehen ist. An der Kupplungsscheibe ist eine Mitnehmernase angeformt, die mit einem separaten Reibringkörper zusammenwirken kann, wobei der Reibringkörper mit dem Kupplungskörper und/oder dem Gangzahnrad in drehfester Verbindung steht.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Synchronkupplung der gattungsgemäßen Art vorzuschlagen, die zum Beispiel bei gleicher Baulänge der Funktionseinheit mit Gangzahnrad eine verbesserte Synchronisierleistung der Synchronkupplung ermöglicht und die baulich und fertigungstechnisch günstig ausgebildet ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angeführt.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass der Außenkonus zum Gangzahnrad hin derart verlängert ist, dass er teilweise in radialer Überdeckung mit dem ringförmig ausgebildeten Schaltzahnrad positioniert ist, wobei ein den Innenkonus verlängernder Nabenabschnitt des Synchronringes in einen ringförmigen Freiraum zwischen dem Außenkonus und dem Innenumfang des ringförmigen Schaltzahnrades einragt. Durch die vorgeschlagene radiale Überlagerung von Breite Schaltzahnrad und Länge des Außenkonus entsteht bei gleicher axialer Länge der Funktionseinheit eine vergrößerte Reibfläche zwischen dem Synchronring und dem Außenkonus, die in beträchtlichem Maße die Synchronleistung der Synchronkupplung erhöht. Von besonderem Vorteil ist dabei weiterhin, dass die fertigungstechnisch und baulich einfache Konstruktion der Synchronkupplung erhalten bleibt. Es versteht sich, dass die vorgeschlagene Maßnahme gegebenenfalls auch zur Verkürzung der Baulänge der Funktionseinheit Gangzahnrad in Verbindung mit einem entsprechend modifizierten Synchronring einsetzbar ist.
Der Innenumfang des ringförmigen Schaltzahnrades ist dabei erfindungsgemäß durch das Schaltzahnrad selbst oder alternativ auch durch einen Ringbund des Gangzahnrades gebildet.
Besonders bevorzugt kann der zum Gangzahnrad hin ausgebildete Nabenabschnitt des Synchronringes zum Beispiel über ca. 2/3 der Breite des Schaltzahnrades in den Freiraum zwischen dem Außenkonus und dem Schaltzahnrad einragen, so dass auch bei einem Zusammentreffen ungünstiger Toleranzen der axiale Freigang des Synchronringes stets sichergestellt ist.
Das ringförmige Schaltzahnrad kann grundsätzlich mit dem Gangzahnrad einteilig ausgeführt sein. Eine Fertigungsvereinfachung lässt sich aber durch eine mehrteilige Ausgestaltung erzielen, bei der das separat gefertigte Schaltzahnrad zum Beispiel durch Schweißen, insbesondere durch Laserschweißen, mit dem Gangzahnrad fest verbunden ist.
Alternativ kann das ringförmige Schaltzahnrad an und/oder auf einem an das Gangzahnrad angeordneten, zum Beispiel angeformten Ringbund gehalten sein, insbesondere kraftschlüssig und/oder formschlüssig und/oder zum Beispiel durch Schweißen auch stoffschlüssig gehalten sein.
Erfindungsgemäß ist der Außenkonus an einer auf der Getriebewelle gelagerten Führungshülse ausgebildet, auf der das Gangzahnrad befestigt ist. Daraus resultieren fertigungstechnisch einfache Bauteile, die dann entsprechend gefügt werden. Das Gangzahnrad kann dabei als separates Bauteil ausgeführt sein. Grundsätzlich wäre jedoch auch eine einteilige Ausgestaltung denkbar.
Zur Erzielung einer besonders robusten Konstruktion kann dabei das Gangzahnrad an einer zwischen dem Außenkonus und der im Außendurchmesser geringeren Führungshülse ausgebildeten Ringschulter anliegen. Ferner kann das Gangzahnrad mit der Führungshülse mittels einer Schweißverbindung, insbesondere einer stirnseitigen Laserschweißung fest verbunden sein.
Schließlich können in Anwendung des Erfindungsgedankens bei einer Doppelsynchronkupplung beide Gangzahnräder mit deren Schaltzahnräder und Außenkonen mit verlängerten Außenkonen und Synchronringen mit durch Nabenabschnitte verlängerten Innenkonen ausgeführt sein.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im Folgenden mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Die schematische Zeichnung zeigt in:
1 einen Längsschnitt durch eine dem Stand der Technik entsprechende Synchrondoppelkupplung, mittels der alternierend zwei Gangzahnräder mit der antreibenden Getriebewelle kuppelbar sind; und
2 ein erfindungsgemäß modifiziertes Gangzahnrad mit Schaltzahnrad und Außenkonus und einem mit dem Außenkonus zusammenwirkenden Synchronring, einsetzbar zum Beispiel bei einer Einfachsynchronkupplung oder der Doppelsynchronkupplung gemäß 1.
In der 1 ist eine dem Stand der Technik entsprechende Doppelsynchronkupplung 10 mit ihren wesentlichen Bauteilen beschrieben, mittels der in bekannter Weise zwei Gangzahnräder 12, 14 mit einer nur teilweise dargestellten Getriebewelle 16 eines Schaltgetriebes für Kraftfahrzeuge kuppelbar sind.
Die Synchronkupplung 10 weist einen inneren Kupplungskörper bzw. Synchronkörper 18 auf, der fest auf der Getriebewelle 16 angeordnet ist und auf dessen Außenverzahnung 20 eine Schiebemuffe 22 mit einer korrespondierenden Innenverzahnung axial verschiebbar geführt ist.
Jedes der Gangzahnräder 12, 14 weist eine Laufverzahnung 12a, 14a auf, die ständig mit Laufverzahnungen von Gegenzahnrädern (nicht dargestellt) zur Bildung von unterschiedlichen Übersetzungen (Gängen) des Schaltgetriebes kämmen.
Ferner trägt jedes der Gangzahnräder 12, 14 ein Schaltzahnrad 24 mit einer Schaltverzahnung 24a und einem Außenkonus 26, wobei der Außenkonus 26 mit einem Innenkonus 28 eines zwischen Schaltzahnrad 24 und Schiebemuffe 22 angeordneten Synchronringes 30 zusammenwirkt.
Der Synchronring 30 trägt ferner am Außenumfang eine Sperrverzahnung 30a. Die Sperrverzahnung 30a und die Schaltverzahnung 24a korrespondieren mit Innenverzahnungen 22a in der Schaltmuffe 22.
Beim Schalten eines Ganges wird die Schaltmuffe 22 aus der gezeichneten Neutralstellung heraus nach links oder rechts verschoben, wobei zunächst der betreffende Synchronring 30 auf den Außenkonus 26 aufgeschoben wird und durch entsprechende Reibleistung einen Gleichlauf zum Gangzahnrad 12 oder 14 bzw. zu dessen Schaltzahnrad 24 herstellt.
Bei sich einstellendem Gleichlauf kann die Schiebemuffe 22 über die Sperrverzahnung 30a des Synchronringes 30 auf die Schaltverzahnung 24a des Schaltzahnrades 24 aufgeschoben werden. Der Kupplungsvorgang ist damit vollzogen bzw. das betreffende Gangzahnrad 12, 14 an die Getriebewelle 16 angekoppelt.
Es sei betont, dass die gezeigte Doppelsynchronkupplung 10 nicht in allen Details beschrieben ist und im Übrigen in bekannter Weise funktioniert.
Die 2 zeigt eine zu den Gangzahnrädern 12, 14 erfindungsgemäß modifizierte Funktionseinheit mit einem Gangzahnrad 32, einem Schaltzahnrad 34 und einem Außenkonus 36, der mit dem Innenkonus 37 des Synchronringes 38 zusammenwirkt. Zwischen dem Innenkonus 37 und dem Außenkonus 36 kann gegebenenfalls ein in der 2 gezeigter Reibbelag 39 vorgesehen sein. Die Funktionseinheit ist ohne wesentliche Änderungen an der vorbeschriebenen Doppelsynchronkupplung 10 einsetzbar, kann jedoch auch für eine einfache Synchronkupplung zum Schalten nur eines Gangzahnrades verwendet sein.
Die Funktionseinheit weist eine innere Führungshülse 40 auf, die auf der Getriebewelle (zum Beispiel 16) des Schaltgetriebes drehbar gelagert ist und die über eine Ringschulter 40a in den Außenkonus 36 übergeht.
Das Gangzahnrad 32 weist eine äußere Laufverzahnung 32a auf und ist auf den im Durchmesser geringeren Abschnitt der Führungshülse 40 aufgepresst, wobei deren dem Außenkonus 36 zugewandte Stirnfläche 32b an der Ringschulter 40a anliegt. Zusätzlich ist das Gangzahnrad 32 mittels einer stirnseitigen, ringförmigen Laserschweißung 42 mit der Führungshülse 40 verschweißt. Die beschriebene, zweiteilige Konstruktion ergibt fertigungstechnisch besonders einfache Bauteile, die einfach zu fügen sind.
An der Stirnseite 32b des Gangzahnrades 32 ist ferner ebenfalls durch eine umlaufende Laserschweißung 44 das radial außerhalb des Außenkonus 36 positionierte Schaltzahnrad 34 mit seiner Schaltverzahnung 34a befestigt, wobei zwischen dem Innenumfang des Schaltzahnrades 34 und dem bis zur Stirnseite 32b des Gangzahnrades 32 verlängerten Außenkonus 36 ein ringförmiger Freiraum 46 geschaffen ist, in den ein den Innenkonus 37 des Synchronringes 38 verlängernder Nabenabschnitt 38b einragt (vgl. obere Hälfte der Zeichnung 2).
Gemäß der in der unteren Hälfte der 2 gezeigten alternativen Ausführungsform kann an dem Gangzahnrad 32 an dessen Stirnseite 32b ein Ringbund 32c angeformt sein, der zusätzlich zur Laserschweißung 44 das Schaltzahnrad 34 zum Beispiel mit Presssitz trägt. Der Ringbund 32c darf – wie die 2 zeigt – nur so schmal ausgeführt sein, dass ein ausreichender Freiraum 46 erhalten bleibt.
Durch die radiale Überdeckung von Schaltzahnrad 34 und Außenkonus 36 wird eine deutlich vergrößerte Reibfläche zwischen dem Außenkonus 36 und dem Innenkonus 37 des Synchronringes 38 mit Nabenabschnitt 38b geschaffen, die eine dementsprechend höhere Reibleistung bzw. Synchronisierungsleistung der Synchronkupplung ergibt. Der Nabenabschnitt 38b ragt dabei über eine axiale Länge von ca. 2/3 der Breite des Schaltzahnrades 34 in den Freiraum 46 ein. Die axiale Baulänge der Funktionseinheit 32, 34, 36 wird dabei nicht vergrößert.
Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt.
So kann gegebenenfalls das Schaltzahnrad 34 auch unmittelbar an das Gangzahnrad 32 angeformt sein, das heißt materialeinheitlich und/oder einstückig mit diesem verbunden sein. Ferner kann gegebenenfalls das Gangzahnrad 32 mit der Führungshülse 40 und dem Außenkonus 36 auch einteilig ausgeführt und unmittelbar auf der Getriebewelle 16 drehbar gelagert sein.
Die dargestellte Synchronkupplung ist als eine Einfachsynchronisierung mit nur einem Außenkonus 36 und einem Innenkonus 37 am Synchronring 38 konzipiert. Das beschriebene Prinzip ist aber auch auf Doppelkonus- oder sogar Dreifachkonus-Synchronisierungen übertragbar.

Claims

Synchronkupplung, insbesondere für Schaltgetriebe in Kraftfahrzeugen, mit einem mit einer Getriebewelle kuppelbaren Gangzahnrad, das eine mit einem Gegenzahnrad ständig kämmende Laufverzahnung, ein Schaltzahnrad und zumindest einen mit einem Synchronring mit einem Innenkonus zusammenwirkenden Außenkonus trägt, die axial hintereinander angeordnet sind, wobei der Außenkonus (36) zum Gangzahnrad (32) hin derart verlängert ist, dass er teilweise in radialer Überdeckung mit dem ringförmig ausgebildeten Schaltzahnrad (34) positioniert ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein den Innenkonus (37) verlängernder Nabenabschnitt (38b) des Synchronringes (38) in einen ringförmigen Freiraum (46) zwischen dem Außenkonus (36) und dem Innenumfang des ringförmigen Schaltzahnrades (34) einragt, dass der Innenumfang des ringförmigen Schaltzahnrades (34) durch das Schaltzahnrad (34) selbst oder durch einen Ringbund (32c) des Gangzahnrades (32) gebildet ist und dass der Außenkonus (36) an einer auf der Getriebewelle (16) gelagerten Führungshülse (40) ausgebildet ist, die ferner das Gangzahnrad (32) aufweist.
Synchronkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das ringförmige Schaltzahnrad (34) als separates Bauteil hergestellt und mit dem Gangzahnrad (32) fest verbunden ist, bevorzugt durch Schweißen, insbesondere durch Laserschweißen (44), fest verbunden ist.
Synchronkupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das ringförmige Schaltzahnrad (34) an und/oder auf einem an dem Gangzahnrad (32) angeordneten, insbesondere angeformten Ringbund (32c) gehalten ist.
Synchronkupplung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gangzahnrad (32) als separates Bauteil ausgebildet ist und an einer zwischen dem Außenkonus (36) und der im Außendurchmesser geringeren Führungshülse (40) ausgebildeten Ringschulter (40a) anliegt.
Synchronkupplung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch ein separates Bauteil gebildete das Gangzahnrad (32) mit der Führungshülse (40) verschweißt, insbesondere mittels einer stirnseitigen Laserschweißung (42) fest verbunden ist.
Synchronkupplung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Doppelsynchronkupplung (10) beide Gangzahnräder (12, 14) mit deren Schaltzahnrädern (24) und Außenkonen (26) mit verlängerten Außenkonen (36) und Synchronringen (38) mit durch Nabenabschnitte (38a) verlängerten Innenkonen (37) ausgeführt sind.