DE102010044957A1

DE102010044957A1 - Synchronisiervorrichtung eines Wechselschaltgetriebes

Info

Publication number: DE102010044957A1
Application number: DE102010044957A
Authority: DE
Inventors: Jörg Appelshäuser; Viktor WERWEIN
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2010-09-10
Filing date: 2010-09-10
Publication date: 2012-03-15
Also published as: CN102401022B; GB2486514A; CN102401022A; US8567275B2; GB201113291D0; US20120060632A1

Abstract

Die Anmeldung betrifft eine Synchronisiervorrichtung eines Getriebes mit einem zylindrischen Synchronkörper (4), der eine Außenverzahnung (5) aufweist. Eine Schaltmuffe (6) weist eine Innenverzahnung (7) auf, wobei die Innenverzahnung (7) mit der Außenverzahnung (5) des Synchronkörpers (4) achsverschieblich kämmt. Mindestens ein Synchronring (9) weist einen Sperrzahnkranz (10) auf. Auf dem Umfang des Synchronkörpers (4) sind in Aussparungen (11) verteilt Vorsynchronisierelemente (12) angeordnet. Die Vorsynchronisierelemente (12) stehen federelastisch mit der Schaltmuffe (6) in Eingriff und werden von der Schaltmuffe (6) in einer Mittenposition (13) arretiert. Eine Stirnseite (14) des Sperrzahnkranzes (10) weist Auswölbungen (15) in Richtung auf die Vorsynchronisierelemente (12) unter Einstellung eines Abstands (a) zwischen Synchronring (9) und Vorsynchronisierelementen (12) auf.

Description

Die Anmeldung betrifft eine Synchronisiervorrichtung eines Wechselschaltgetriebe mit einem Gangzahnrad das drehbar auf einer Getriebewelle gelagert ist. Ein zylindrischer Synchronkörper ist drehfest und achsfest auf der Getriebewelle fixiert. Der Synchronkörper weist eine Außenverzahnung auf und trägt eine Schaltmuffe mit einer Innenverzahnung, die mit der Außenverzahnung des Synchronkörpers kammt. Die Schaltmuffe ist achsverschieblich mit einem Kupplungszahnkranz des Gangzahnrads kuppelbar. Ein Synchronring ist axial zwischen dem Synchronkorper und dem Gangzahnrad angeordnet und weist einen Sperrzahnkranz auf. Auf dem Umfang des Synchronkörpers sind in Aussparungen Vorsynchronisierelemente verteilt, die federelastisch mit der Schaltmuffe in Eingriff stehen und von der Schaltmuffe in einer Mittenposition arretiert werden.
Eine derartige Synchronisiervorrichtung ist aus der Druckschrift US 4,809,832 bekannt. Bei der bekannten Synchronisiervorrichtung wird die axiale Position der Synchronringe gegenüber der Schaltmuffe mittels vorgespannter Blattfederelemente erreicht, die sich an der Nabe des Gangzahnrades abstutzen und den Synchronring beabstandet von einer Mittenposition der Schaltmuffe halten. Dieser Abstand muss genau eingehalten werden, um ein Schleifen der Vorsynchronisierelemente an dem Synchronring sowie ein Schleifen der Schaltmuffe an dem Synchronring zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird mit dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Anmeldung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
In einer ersten Ausführungsform wird eine Synchronisiervorrichtung eines Getriebes mit einem zylindrischen Synchronkörper, der eine Außenverzahnung aufweist, geschaffen. Eine Schaltmuffe weist eine Innenverzahnung auf, wobei die Innenverzahnung mit der Außenverzahnung des Synchronkörpers achsverschieblich kämmt. Mindestens ein Synchronring weist einen Sperrzahnkranz auf. Auf dem Umfang des Synchronkörpers sind in Aussparungen verteilt Vorsynchronisierelemente angeordnet. Die Vorsynchronisierelemente stehen federelastisch mit der Schaltmuffe in Eingriff und werden von der Schaltmuffe in einer Mittenposition arretiert. Eine Stirnseite des Sperrzahnkranzes weist Auswölbungen in Richtung auf die Vorsynchronisierelemente unter Einstellung eines Abstands zwischen Synchronring und Vorsynchronisierelementen auf.
Diese Synchronvorrichtung hat den Vorteil, dass die Anzahl der in einer Fertigung vorzuhaltenden unterschiedlichen Vorsynchronisierelemente deutlich reduziert werden kann, da die Einstellung des Abstands zwischen Synchronring und Vorsynchronisierelement durch nachträglich in den Sperrzahnkranz einzubringende Auswölbungen erfolgen kann. Folglich können aus Blech vorgeformte und vorgestanzte Synchronringe einheitlich hergestellt werden und auch die Vorsynchronisierelemente können mit identischen Dimensionen in großer Zahl vorgefertigt werden. Lediglich vor dem Zusammenbau einer Synchronisiervorrichtung sind dann die Sperrzahnkränze mit Auswölbungen zu versehen. Dazu können die Auswölbungen unterschiedlichste Formen aufweisen, da es hier lediglich auf die axiale Erstreckung der Auswölbungen ankommt.
So kann vorzugsweise eine derartige Auswölbung oval, zylinderförmig oder halbkugelförmig ausgeführt sein. Die Auswölbungen sind dazu in den Stirnseiten des Sperrkranzes gegenüberliegend zu den Vorsynchronisierelementen eingeprägt, das heißt, mit Hilfe eines Prägewerkzeugs werden die in axialer Richtung einzubringenden Verwölbungen eingeprägt, so dass jeweils der Abstand zwischen Vorsynchronisierelement und Synchronring eingehalten wird, ohne dass eine Mehrzahl von unterschiedlich breiten Vorsynchronisierelementen vorzuhalten ist.
Anstelle einer Einprägung ist es auch möglich, die Einstellung des Abstands dadurch zu erreichen, dass die Auswölbungen durch Aufbringen von Schweißbuckeln oder Hartlotpolstern gebildet sind. Dieses ist von Vorteil bei einer Korrektur des Abstandes im Submillimeter- und Millimeterbereich.
In weiteren Ausführungsformen ist es möglich, als Auswölbungen auch vorgeformte Formteile auf die Stirnseite der Sperrzahnkranze aufzubringen. Diese Formteile können stoffschlüssig durch Schweißen, Löten oder Hartlöten oder auch mittels hochtemperaturfesten Klebstoffen mit der Stirnseite des Sperrzahnkranzes verbunden sein. Mit Hilfe derartiger Formteile können beliebig große Abstandskorrekturen durchgeführt werden.
Zur Einstellung des Abstands wird darauf geachtet, dass die Erstreckung der Auswolbungen in axialer Richtung an unterschiedliche axiale Breiten der Schaltmuffe bei gleich bleibenden axialen Breiten der Vorsynchronisierelemente angepasst ist.
Die axiale Breite der Schaltmuffe ist dabei an die axiale Breite eines Drehmoment übertragenden Innenkonus des Synchronrings und an die axiale Breite der Drehmoment übertragenden Kupplungszahnkränze der Gangzahnräder angepasst. Damit wird in vorteilhafter Weise die axiale Einstellung des Vorsynchronisierungsabstands zwischen Vorsynchronisierelement und Schaltmuffe verbessert. Ferner wird die Anzahl von unterschiedlichen Teilen, insbesondere in Bezug auf die Vorsynchronisierelemente, vermindert und schließlich können damit die Produktionskosten und die Investitionen, beispielsweise für Lagervorhaltungen vermindert werden.
Ein weiterer Aspekt der Anmeldung betrifft ein Getriebe, das mit einer derartigen Synchronisiervorrichtung ausgestattet ist. Dabei weist das Getriebe mindestens eine Synchronvorrichtung auf. Das Getriebe umfasst Gangzahnräder, die drehbar auf einer Getriebewelle gelagert sind und Kupplungszahnkränze aufweisen. Die Kupplungszahnkränze sind mit einer Innenverzahnung einer Schaltmuffe der Synchronvorrichtung kuppelbar. Ein zylindrischer Synchronkörper ist drehfest und achsfest auf der Getriebewelle fixiert und weist eine Außenverzahnung auf. Die Schaltmuffe kämmt achsverschieblich mit ihrer Innenverzahnung auf der Außenverzahnung des Synchronkörpers. Auf dem Umfang sind in Aussparungen des Synchronkörpers verteilte Vorsynchronisierelemente angeordnet, die federelastisch mit der Schaltmuffe in Eingriff stehen. Die Vorsynchronisierelemente werden von der Schaltmuffe in einer Mittenposition arretiert. Eine Stirnseite eines Sperrzahnkranzes eines Synchronringes weist Auswölbungen in Richtung auf die Vorsynchronisierelemente unter Einstellung des Abstands zwischen dem Synchronring und den Vorsynchronisierelementen auf.
Ein derartiges Getriebe kann aufgrund der obigen Vorteile der Synchronisiervorrichtung wirtschaftlicher gefertigt werden, zumal abhängig von einer Anzahl der zu schaltenden und zu synchronisierenden Gänge eine Mehrzahl derartiger Synchronisiervorrichtungen in einem Wechselschaltgetriebe erforderlich ist.
Die Auswolbungen können zylinderförmig, halbkugelförmig oder oval sein und können in die Stirnseite des Sperrzahnkranzes gegenüberliegend zu den Vorsynchronisierelementen eingeprägt sein. Die Prägetechnik ist preiswert und kann die Auswölbungen präzise begrenzend einstellen.
Die Auswölbungen können auch aus aufgebrachten Schweißbuckeln oder Hartlotpolstern bestehen, zumal wenn nur geringe Einstellungen in Submillimeter- oder Millimetergröße des Abstands zwischen Synchronring und Vorsynchronelementen erforderlich werden. Für größere Einstellungen des Abstands zwischen Synchronring und Vorsynchronelementen können auch als Auswölbungen vorgeformte Formteile aufgebracht werden, wobei die Formteile mit der Stirnseite des Sperrzahnkranzes durch Schweißen, Hartloten oder Kleben stoffschlüssig verbunden werden können.
Als weiteren Aspekt der Anmeldung wird ein Fahrzeug beansprucht, das mindestens eine der oben beschriebenen Synchronisiervorrichtungen in einem Getriebe aufweist.
Die Anmeldung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erlautert.
1 zeigt eine auseinander gezogene, perspektivische Ansicht einer Synchronisiervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Anmeldung;
2 zeigt eine Prinzipskizze mit Querschnitt durch eine Synchronisiervorrichtung;
3 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine Synchronisiervorrichtung gemäß 1;
4 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Synchronringes gemäß der Ausführungsform in 1.
1 zeigt eine auseinander gezogene, perspektivische Ansicht einer Synchronisiervorrichtung 1, die in ihrem Mittenbereich einen Synchronkörper 4 mit einer Außenverzahnung 5 und Aussparungen 11 aufweist. In den Aussparungen 11 sind Vorsynchronisierelemente 12 angeordnet. Diese Vorsynchronisierelemente 12 weisen eine federelastisch vorgespannte Arretierungskugel 17 auf. Die Vorsynchronisierelemente 12 haben eine Breite b_S in axialer Richtung.
Der Synchronkörper 4 tragt eine Schaltmuffe 6 mit einer Innenverzahnung 7, wobei die Innenverzahnung 7 Aussparungen 18 aufweist, in welche die federvorgespannten Arretierungskugeln 17 der Vorsynchronisierelemente 12 eingreifen können. Außerdem steht die Innenverzahnung 7 mit der Außenverzahnung 5 des Synchronkörpers 4 in Eingriff. Der Synchronkörper 4 selbst weist zusätzlich eine Innenverzahnung 29 auf, die mit einer hier nicht gezeigten Getriebewelle in Eingriff steht, so dass der Synchronkörper 4 drehfest auf der Getriebewelle fixiert ist und mit dieser gedreht wird.
Neben den über ihre Außenverzahnung 5 und ihre Innenverzahnung 7 miteinander in Eingriff stehenden Komponenten, sind zu beiden Seiten der Schaltmuffe 6 Synchronringe 9 angeordnet, die mit einem Innenkonus 16 reibschlüssig mit einem Außenkonus 19 von Kupplungszahnkränzen 8 von hier nicht gezeigten Gangzahnrädern in Eingriff stehen.
Der Synchronring 9 beschleunigt über einen Reibschluss zwischen seinem Innenkonus 16 und dem Außenkonus 19 des Kupplungszahnkranzes 8 eines in 2 gezeigten Gangzahnrades 2 das Gangzahnrad 2 auf die Drehzahl des Synchronkörpers 4, der mit der Getriebewelle rotiert, sobald eine Schaltgabel, die in eine Ringnut 20 der Schaltmuffe 6 eingreift und die Schaltmuffe 6 axial in Richtung auf den Synchronring 9 verschiebt. Der Synchronring 9 weist außer dem Innenkonus 16 und einem Außenkonus 21 einen Sperrzahnkranz 10 auf, der abschnittsweise auf dem Umfang des Synchronringes 9 angeordnet ist. Außerdem weisen Stirnseiten 14 der Sperrverzahnung des Sperrzahnkranzes 10 Auswölbungen 15 auf, mit denen ein definierter Abstand zu den Vorsynchronisierelementen 12 einstellbar ist. Die Einstellung erfolgt durch ein nachträgliches Einbringen von Einprägungen oder durch ein nachträgliches Aufbringen der Auswölbungen 15 auf die Stirnseiten 14 der Sperrzahnkränze 10 der Synchronringe 9.
2 zeigt eine Prinzipskizze als Querschnitt durch eine Synchronisiervorrichtung bei nicht ausreichendem Abstand zwischen Synchronring 9 und Schaltmuffe 6 sowie zwischen Synchronring 9 und Vorsynchronisierelement 12, obgleich eine Schaltgabel 23 eine Mittenposition 13 aufweist. Eine solche Situation kann nur dadurch verhindert werden, dass bei neutraler Mittelstellung der Schaltmuffe 6 ein Mindestabstand zu dem Vorsynchronisierelement 12 eingehalten wird, was durch die in 1 gezeigten Auswölbungen 15 auf den Stirnseiten 14 der Sperrzahnkränze 10 der Synchronringe 9 erreicht wird.
Die in 2 gezeigten Kupplungszahnkränze 8 der jeweiligen Gangzahnräder 2 sind auf diese Gangzahnräder 2 aufgeschrumpft oder angeschweißt, beispielweise mittels Laserscheißen, oder bereits in das Gangzahnrad 2 eingeschmiedet und mit den Gangzahnrädern 2 über Nadellager 24 auf der Getriebewelle 3 gelagert, während der Synchronkörper 4 über die in 1 gezeigte Innenverzahnung 29 mit der Getriebewelle 3 drehfest verbunden ist. Erst wenn die Sperrverzahnung 10 des Synchronringes 9 einen Gleichlauf mit dem Kupplungszahnkranz 8 erreicht, kann die Schaltmuffe über die Sperrverzahnung des Sperrzahnkranzes 10 auf den Kupplungszahnkranz 8 verschoben werden, so dass nun ein Drehmoment der Getriebewelle 3 über den Synchronkörper 4, die Schaltmuffe 6 und den Kupplungszahnkranz 8 auf das Gangzahnrad 2 übertragen werden kann.
3 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine Synchronisiervorrichtung 1. In diesem Querschnitt sind das Vorsynchronisierelement 12 und die Schaltmuffe 6 in einer Mittenposition 13 angeordnet. Durch die Auswölbungen 15 auf den Stirnseiten 14 der Sperrzahnkränze 10 der Synchronisierringe 9 wird ein Abstand a zwischen dem Vorsynchronisierelement 12 und dem Synchronring 9 eingestellt.
Die Breite B der Schaltmuffe 6 in axialer Richtung variiert aufgrund der unterschiedlichen axialen Breite b_K des Innenkonus 16 des Synchronringes 9. Die Breite b_K des Innenkonus 16 des Synchronringes 9 richtet sich nach dem zu übertragenden Drehmoment von der in 2 gezeigten Getriebewelle 3 über den Synchronkörper 4 und den Synchronring 9 auf den Kupplungszahnkranz 8 von hier nicht gezeigten Gangzahnrädern. Je größer das Drehmoment ist, umso größer muss die axiale Breite b_K des Innenkonus 16 gewählt werden und damit auch die axiale Breite B der Schaltmuffe 6, so dass im Prinzip die Vorsynchronisierelemente 12 unterschiedliche axiale Breiten b_S aufweisen müssten. Dieses wird jedoch bei dieser Ausfuhrungsform der Anmeldung durch die Auswölbung 15 ausgeglichen, so dass der Abstand a zwischen Synchronring 9 und Vorsynchronisierelement 12 eingehalten werden kann.
Somit ist es beispielweise bei einem Doppelkupplungsgetriebe möglich, dass für die Synchronisiervorrichtung 1 zwischen einem ersten und dritten Gang und die Synchronisiervorrichtung 1 zwischen einem zweiten und vierten Gang gleichgroße Vorsynchronisierelemente 12 verwendet werden.
In der hier gezeigten Mittenposition 13 der Schaltmuffe 6 ragt die Arretierungskugel 17 in eine entsprechende Ausnehmung 25 der Innenverzahnung 7 der Schaltmuffe 6 hinein, wobei eine Schraubenfeder 26 die erforderliche Federvorspannung liefert.
4 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Synchronringes 9 mit einem Innenkonus 16 und einem Außenkonus 21. Der Innenkonus 16 weist einen Reibbelag 27 auf, in dem Ölabstreifnuten 28 angeordnet sind. Außerdem weist der Synchronring 9 einen Sperrzahnkranz 10 auf, der auf dem Umfang verteilt sechs Aussparungen 22 aufweist, während auf den Stirnseiten 14 des Sperrzahnkranzes 10 die für einen Abstand zwischen den in 1 gezeigten Vorsynchronisierelementen 12 und dem Synchronring 9 vorgesehenen Auswölbungen 15 angeordnet sind. Wie oben erwähnt, können diese Auswölbungen 15 eingeprägt oder mittels Laserauftrag, Schweißauftrag oder auf andere Weise auf die Stirnseiten 14 des Sperrzahnkranzes 10 aufgebracht sein.
Bezugszeichenliste

1: Synchronisiervorrichtung
2: Gangzahnrad
3: Getriebewelle
4: Synchronkörper
5: Außenverzahnung
6: Schaltmuffe
7: Innenverzahnung
8: Kupplungszahnkranz
9: Synchronring
10: Sperrzahnkranz
11: Aussparung
12: Vorsynchronisierelement
13: Mittenposition
14: Stirnseite
15: Auswölbung
16: Innenkonus
17: Arretierungskugel
18: Aussparung
19: Außenkonus
20: Ringnut
21: Außenkonus
22: Aussparung
23: Schaltgabel
24: Nadellager
25: Ausnehmung
26: Schraubenfeder
27: Reibbelag
28: Ölabstreifnut
29: Innenverzahnung
a: Abstand
B: axiale Breite der Schaltmuffe
b_s: axiale Breite des Vorsynchronisierelements
b_k: axiale Breite des Innenkonus des Synchronringes

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 4809832 [0002]

Claims

Synchronisiervorrichtung eines Getriebes mit – einem zylindrischen Synchronkörper (4), der eine Außenverzahnung (5) aufweist, – einer Schaltmuffe (6), die eine Innenverzahnung (7) aufweist, wobei die Innenverzahnung (7) mit der Außenverzahnung (5) des Synchronkörpers (4) achsverschieblich kämmt, und – mindestens einem Synchronring (9), der einen Sperrzahnkranz (10) aufweist, – auf dem Umfang in Aussparungen (11) des Synchronkörpers (4) verteilten Vorsynchronisierelementen (12), die federelastisch mit der Schaltmuffe (6) in Eingriff stehen und von der Schaltmuffe (6) in einer Mittenposition (13) arretiert werden, und wobei eine Stirnseite (14) des Sperrzahnkranzes (10) Auswölbungen (15) in Richtung auf die Vorsynchronisierelemente (12) unter Einstellung eines Abstands (a) zwischen Synchronring (9) und Vorsynchronisierelementen (12) aufweist.
Synchronisiervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Auswölbungen (15) zylinderförmig, halbkugelförmig oder oval sind.
Synchronisiervorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die Auswölbungen (15) in die Stirnseite (14) des Sperrzahnkranzes (10) gegenüberliegend zu den Vorsynchronisierelementen (12) eingeprägt sind.
Synchronisiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1, wobei die Auswölbungen (15) aufgebrachte Schweißbuckel oder Hartlotpolster sind.
Synchronisiervorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die Auswölbungen (15) vorgeformte aufgebrachte Formteile sind.
Synchronisiervorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Formteile mit der Stirnseite (14) des Sperrzahnkranzes (10) stoffschlüssig verbunden sind.
Synchronisiervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die axiale Breite (B) der Schaltmuffe (6) an die axiale Breite (b) eines Drehmoment übertragenden Innenkonus (16) des Synchronrings (9) und an die axiale Breite eines Drehmoment übertragenden Kupplungszahnkranzes (8) eines Gangzahnrads (2) angepasst ist.
Synchronisiervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Erstreckung der Auswölbungen (15) in axialer Richtung an unterschiedliche axiale Breiten (B) der Schaltmuffe (6) für unterschiedliche Gangzahnräder (2) bei gleichbleibenden axialen Breiten (b_S) der Vorsynchronisierelemente (12) angepasst ist.
Getriebe mit mindestens einer Synchronisiervorrichtung, wobei das Getriebe Gangzahnräder (2) aufweist, die drehbar auf einer Getriebewelle (3) gelagert sind und Kupplungszahnkränze (8) aufweisen, die mit einer Innenverzahnung (7) einer Schaltmuffe (6) der Synchronisiervorrichtung (1) kuppelbar sind, wobei die Synchronisiervorrichtung (1) aufweist: – einen zylindrischen Synchronkörper (4), der drehfest und achsfest auf der Getriebewelle (3) fixiert ist und eine Außenverzahnung (5) aufweist, wobei die Schaltmuffe (6) mit ihrer Innenverzahnung (7) auf der Außenverzahnung (5) des Synchronkörpers (4) achsverschieblich kämmt, – auf dem Umfang in Aussparungen (11) des Synchronkörpers (4) verteilte Vorsynchronisierelemente (12), die federelastisch mit der Schaltmuffe (6) in Eingriff stehen und von der Schaltmuffe (6) in einer Mittenposition (13) arretiert werden, wobei eine Stirnseite (14) eines Sperrzahnkranzes (10) eines Synchronringes (9) Auswölbungen (15) in Richtung auf die Vorsynchronisierelemente (12) unter Einstellung eines Abstands (a) zwischen dem Synchronring (9) und den Vorsynchronisierelementen (12) aufweist.
Getriebe nach Anspruch 9, wobei die Auswölbungen (15) zylinderförmig, halbkugelförmig oder oval sind.
Getriebe nach Anspruch 9 oder Anspruch 10, wobei die Auswölbungen (15) in die Stirnseite (14) des Sperrzahnkranzes (10) gegenüberliegend zu den Vorsynchronisierelementen (12) eingeprägt sind.
Getriebe nach einem der Ansprüche 9, wobei die Auswölbungen (15) aufgebrachte Schweißbuckel oder Hartlotpolster sind.
Getriebe nach Anspruch 9 oder Anspruch 10, wobei die Auswölbungen (15) vorgeformte aufgebrachte Formteile sind.
Getriebe nach Anspruch 13, wobei die Formteile mit der Stirnseite (14) des Sperrzahnkranzes (10) stoffschlüssig verbunden sind.
Fahrzeug mit einer Synchronisiervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 in einem Getriebe.