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Die Anmeldung betrifft eine Schaltmuffe für eine Schaltkupplung und eine Schaltkupplung, insbesondere eines Schaltgetriebes für ein Kraftfahrzeug, mit deren Hilfe die Schaltqualität verbessert werden kann.
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Eine Schaltkupplung mit einer Synchronisiereinrichtung umfasst einen Kupplungskörper, der mit einem drehbar auf einer Welle gelagerten Zahnrad drehfest verbunden ist und Kuppelzähne sowie einen Reibkonus aufweist. Sie hat ferner einen Synchronisierring mit einem Gegenkonus und Sperrzähnen sowie eine Muffe, die Schaltzähne besitzt, von denen wenigstens ein Teil über stirnseitige Schrägflächen mit Sperrflächen an den Sperrzähnen zusammenarbeitet. Die Muffe ist auf einer Muffenführung axial verschiebbar geführt, die drehfest mit der Welle verbunden ist.
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In Schaltgetrieben, die unter Zugkraftunterbrechung geschaltet werden, das heißt, dass eine Eingangswelle während des Schaltvorgangs durch eine Kupplung von einer Antriebsmaschine getrennt wird, kann man den jeweiligen Gang mit einer Schaltkupplung derart einlegen, indem das auf der Welle umlaufende Zahnrad, das zu dem Gang gehört, mit der Welle gekuppelt wird. Der geschaltete Gang bestimmt dabei das Übersetzungsverhältnis und damit das Drehzahlverhältnis zwischen der Eingangswelle und einer Ausgangswelle des Getriebes. Die frei umlaufenden, ständig im Eingriff befindlichen Zahnräder der übrigen Gänge laufen mit einer ihrer Übersetzung entsprechenden Drehzahl, und zwar laufen die Zahnräder einer niedrigeren Untersetzungsstufe, was einem höheren Gang entspricht, schneller als die einer höheren Untersetzungsstufe.
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Damit die Schaltzähne der Muffe in die Kuppelverzahnung des Kupplungskörpers eingreifen können, müssen die zu kuppelnden Teile vorher auf eine gleiche Drehzahl gebracht werden. Hierzu dient die Synchronisiereinrichtung, welche im Wesentlichen aus dem Reibkonus am Kupplungskörper und dem Synchronisierring mit seinem Gegenkonus und den Sperrzähnen besteht. Der Synchronisierring läuft mit der Muffe um, kann sich jedoch gegenüber dieser um einen begrenzten Winkel drehen.
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Insbesondere bei niedrigen Temperaturen, bei denen das Getriebeöl eine höhere Viskosität hat, bremst das Getriebeöl die beim Schaltvorgang vom Antrieb entkuppelten Teile stark ab, so das das zunächst schneller laufende Zahnrad sowohl von der Synchronisiereinrichtung als auch von der höheren Ölviskosität abgebremst. Es durchläuft daher schon nach kurzer Zeit den Synchronpunkt, bei dem sich der Synchronisierring gegenüber der Schaltmuffe in entgegen gesetzter Richtung verdreht, wodurch es zum Auftreten von Kaltkratzen kommen kann.
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In der Druckschrift
DE 3444670 C1 wird deshalb vorgeschlagen, die Schaltzähne asymmetrisch auszugestalten.
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Aufgabe ist es, eine Schaltmuffe für eine Schaltkupplung mit einer Synchronisiereinrichtung sowie eine derartige Schaltkupplung anzugeben, welche einfach und effektiv ausgestaltet ist und ein verbessertes Schaltgefühl bereitstellt.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs. Weitere vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird eine Schaltmuffe für eine Schaltkupplung mit einer Synchronisiereinrichtung angegeben, welche einen Kupplungskörper umfasst, welcher mit einem drehbar auf einer Welle gelagerten Zahnrad drehfest verbunden ist und Kuppelzähne sowie einen Reibkonus aufweist, und einen Synchronisierring mit einem Gegenkonus und Sperrzähnen. Die Schaltmuffe weist Schaltzähne auf. Eine erste Gruppe der Schaltzähne der Schaltmuffe sind derart ausgebildet, dass sie mit den Sperrzähnen zusammenarbeiten, bis eine Synchrondrehzahl erreicht ist. Eine zweite Gruppe der Schaltzähne der Schaltmuffe sind derart ausgebildet, dass sie in die Kuppelzähne eingreifen, nachdem die Synchrondrehzahl erreicht ist.
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Die Schaltkupplung kann bei einem manuellen Getriebe zum Einsatz kommen.
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Grundgedanke der Erfindung ist somit, dass eine Funktionstrennung zwischen dem Synchronisieren und dem Einspuren stattfindet. Dies wird gewährleistet, da die erste Gruppe der Schaltzähne der Schaltmuffe ausschließlich zum synchronisieren vorgesehen ist, während die zweite Gruppe der Schaltzähne der Schaltmuffe nur zum Einspuren verwendet werden, weshalb sie für ihre jeweilige Funktion optimiert werden können.
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Eine derartige Schaltmuffe hat den Vorteil, dass die Schaltkupplung eine verbesserten Schaltbarkeit aufweist, da das Auftreten von Aufschaltkratzen an Schaltgetrieben nach Aufbau von Differenzdrehzahlen durch interne Getriebeverluste minimiert wird. Gleichzeitig bleibt die Schaltbarkeit beim Rückschalten unbeeinträchtigt. Aufgrund der geringeren Neigung zum Schaltkratzen werden die Zahnspitzen ferner geschont und haben dadurch eine längere Haltbarkeit, das heißt, das System gewinnt zusätzlich an Robustheit.
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Die Funktionstrennung kann durch die Form der Zähne gewährleistet werden. Zum Beispiel können die Zähne der ersten Gruppe eine unterschiedliche Form aufweisen, als die Zähne der zweiten Gruppe.
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In einer Ausführungsform wird die zweite Gruppe der Schaltzähne zum Eingreifen in die Kuppelzähne ausgerichtet, während die erste Gruppe der Schaltzähne mit den Sperrzähnen zusammenarbeitet.
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Weiter kann die erste Gruppe der Schaltzähne mit der gleichen Drehzahl wie die zweite Gruppe der Schaltzähne weiterdrehen, während die zweite Gruppe der Schaltzähne in die Kuppelzähne eingreift.
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So kann eine bessere Funktionstrennung zwischen Synchronisieren und Einspuren gewährleistet und die Zähne können für ihre jeweilige Funktion weiter optimiert werden. Die erste Gruppe der Schaltzähne übernimmt dabei nur die Aufgabe des Synchronisierens, während die zweite Gruppe der Schaltzähne ausschließlich zum Einspuren vorgesehen ist. Hierdurch kann die Möglichkeit eines Zahndoppeleingriffs in die Kuppelzähne vermieden werden, wodurch die Schaltqualität der Schaltkupplung weiter erhöht wird, da der Kontakt der Zahnspitzen der Zähne von Schaltverzahnung und Kupplungsverzahnung am Gang erst zustande kommt, sobald die Synchronisierung vollständig abgeschlossen ist. Dies wirkt sich insbesondere auch bei einer hohen Viskosität des Getriebeöls, welche mit niedrigen Temperaturen verbunden ist, positiv aus, wodurch das Auftreten von Aufschaltkratzen verhindert werden kann.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Zähne der ersten Gruppe der Schaltzähne axial kürzer ausgebildet als die Zähne der zweiten Gruppe der Schaltzähne. So wird erreicht, dass die Zahnspitzen der zweiten Gruppe der Schaltzähne eher in die Zwischenräume zwischen den Kuppelzähnen eingreifen können, wodurch ein Blockieren beim Einspuren ausgeschlossen und ein Zahndoppeleingriff in die Kuppelverzahnung verhindert werden kann. Dadurch kann die Funktionstrennung beim Einspuren gewährleistet werden, da nur die Zähne der zweiten Gruppe der Schaltzähne vollständig in die Kuppelverzahnung eintauchen.
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Weiter können die Dachflächen der Zähne der zweiten Gruppe der Schaltzähne unsymmetrisch ausgebildet sein. Da die zweite Gruppe der Schaltzähne ausschließlich zum Einspuren und nicht zum Synchronisieren zur Anwendung kommt, können die vordere und die hintere Dachfläche der Zähne der zweiten Gruppe der Schaltzähne unterschiedlich steil ausgebildet werden, die wirkenden Kräfte also derart gesteuert werden, so dass bei der Einrittsbewegung der Schaltmuffe durch den Synchronisierring nur ein verhältnismäßig geringer Widerstand entgegengesetzt wird, das Einrücken des Ganges somit nicht blockiert und ein schnelleres Schalten ermöglicht wird. Bevorzugt sind hierbei die Dachflächen der Kuppelzähne in der gleichen Weise unsymmetrisch ausgebildet, so dass in der Einrückstellung der Scheitel zwischen den Dachflächen der Zähne der zweiten Gruppe der Schaltzähne annähernd symmetrisch zu den Dachflächen an zwei benachbarten Zähnen der Kuppelverzahnung sind, wodurch unterschiedliche Verdrehwege für den Kupplungskörper beim Einspuren vermieden werden können.
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Die Dachflächen der Zähne der zweiten Gruppe der Schaltzähne können dabei dreiecksförmig oder trapezförmig ausgebildet sein. Die Dachflächen der unsymmetrisch angespitzten Zähne der zweiten Gruppe der Schaltzähne unterliegen somit keinen strengen Formvorschriften, weshalb sie kostengünstig herstellbar und leicht austauschbar sind, ohne auf spezielle Anfertigungen zurückgreifen zu müssen.
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In einer weiteren Ausführungsform weist die in Laufrichtung vordere Dachfläche der Zähne der zweiten Gruppe der Schaltzähne einen anderen Dachwinkel auf als die in Laufrichtung hintere Dachfläche. In Laufrichtung bedeutet hierbei in Drehrichtung der Schaltzähne. Hierdurch lässt sich eine vom Fahrer beim Schalten als störend empfundene Zurückweisung der Schaltmuffe verhindern, da die Zeit vergrößert wird, während der die Zähne der zweiten Gruppe der Schaltzähne mit der Kuppelverzahnung in Eingriff kommen können. Auch können die Dachflächen der Schaltverzahnung und der Kupplungsverzahnung leicht gegeneinander abgleiten, wenn diese aufgrund anderer Drehrichtungsverhältnisse aufeinander treffen.
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So kann der Dachwinkel der in Laufrichtung vorderen Dachfläche der Zähne der zweiten Gruppe der Schaltzähne 0 bis 25° betragen. Bei einem derartigen Winkelbereich wirkt sich ein möglicher Impuls der Kuppelverzahnung am Zahnrad auf die Schaltmuffe im Falle einer erneuten Differenzdrehzahl beider Teile aufgrund etwa einer zu langsamen Schaltung oder einer zu großen Viskosität des Getriebeöls bei niedrigen Temperaturen lediglich in Laufrichtung der beiden Teile aus, ohne dass dabei eine Zurückweisung der Schaltmuffe stattfindet, was vom Fahrer am Schalthebel als störend empfunden würde, wodurch das Schaltgefühl beim Einspuren verbessert wird.
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Der Dachwinkel der in Laufrichtung hinteren Dachfläche kann dabei ungefähr 45° betragen. Ein derartiger Winkel hilft, dass die Dachflächen der Zähne von Schaltverzahnung und Kupplungsverzahnung leicht gegeneinander abgleiten können, wenn diese aufgrund der anderen Drehrichtungsverhältnisse aufeinander treffen, wodurch ein sicheres Einspuren gewährleistet wird und die Rück- oder Abschaltung nicht beeinträchtigt oder verschlechtert wird.
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In einer weiteren Ausführungsform sind die Dachflächen der Zähne der zweiten Gruppe der Schaltzähne rechteckig oder rund ausgebildet. Derartige ausgebildete Bauteile können unabhängig von der Drehrichtung verwendet werden. So bleibt auch die Schaltbarkeit beim Rückschalten unbeeinträchtigt. Auch eine Teilevielfalt und Fehlmontage kann dadurch vermieden werden.
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Die Dachflächen der Zähne der ersten Gruppe der Schaltzähne können weiter symmetrisch ausgebildet sein. Da die Dachflächen der Zähne der ersten Gruppe der Schaltzähne, welche ausschließlich zum Synchronisieren verwendet werden, symmetrisch ausgebildet sind, können diese für unterschiedliche Laufrichtungen verwendet werden. Eine Teilevielfalt und Fehlmontage kann somit vermieden werden und die Schaltbarkeit beim Rückschalten bleibt ferner unbeeinträchtigt.
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Weiter können die Dachwinkel der symmetrischen Dachflächen der Zähne der ersten Gruppe der Schaltzähne 40° bis 60° betragen. Die Zähne der ersten Gruppe der Schaltzähne, welche ausschließlich zum Synchronisieren verwendet werden, können so für ihre Funktion optimiert werden. So können die durch die Dachflächen der Sperrzähne entstehenden Reibflächen derart gestaltet werden, um die für den Eingriff erforderliche Kraft zu minimieren. So stellt ein derartiger Dachwinkel sicher, dass die zu kuppelnden Teile vorher auf eine gleiche Drehzahl gebracht werden, eine ausreichende Axialkraft auf den Synchronisierring ausgeübt wird, sobald die schrägen Dachflächen der ersten Gruppe der Schaltzähne auf die Sperrflächen der Sperrzähne stoßen. Auch können Zähne mit derartigen Dachwinkeln einfach und kostengünstig hergestellt werden.
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In einer weiteren Ausführungsform sind die Dachflächen der Zähne der ersten Gruppe der Schaltzähne unsymmetrisch ausgebildet. So weist vornehmlich die in Laufrichtung vordere Dachfläche der Zähne der ersten Gruppe der Schaltzähne eine größere axiale Ausdehnung auf als die in Laufrichtung hintere Dachfläche. Hierdurch lässt sich das Auftreten von Kaltkratzen weiter mindern. So wird gewährleistet, dass trotz eines momentanen Gleichlaufes zwischen Schaltmuffe und Synchronisierring die Schaltmuffe nicht ohne weiteres mit der Zahnung des Synchronisierrings in Eingriff gebracht werden kann, sondern dass die Zähne der ersten Gruppe der Schaltzähne mit den Sperrflächen des Synchronisierrings in solcher Weise in Eingriff kommen, dass der Kupplungskörper vom Synchronisierring entgegen der Bremswirkung des, bei niedrigen Temperaturen hochviskosen Öls mitgenommen und zum Gleichlauf mit der Schaltmuffe gezwungen wird.
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Weiter können die Zähne der zweiten Gruppe der Schaltzähne gegenüber den Zähnen der ersten Gruppe der Schaltzähne an der Schaltmuffe axial vorgezogen sein. Hierdurch kann ein möglicher Doppeleingriff, das heißt, ein Kontakt der Dachflächen der Zähne der Schaltverzahnung und der Kupplungsverzahnung am Gangrad, bevor die Synchronisierung vollständig abgeschlossen ist, vermieden werden. Dies führt zu einer weiter erhöhten Schaltqualität. Auch kann hierdurch gewährleistet werden, dass nur die zweite Gruppe der Schaltzähne vollständig in die Kuppelverzahnung eingreift, weshalb die jeweilige Gruppe der Schaltzähne für ihre Funktion optimiert werden kann, und eine sichere Funktionstrennung zwischen Synchronisieren und Einspuren gewährleistet werden kann.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Synchronisierring nur an den Stellen Sperrzähne auf, an denen die Zähne der ersten Gruppe der Schaltzähne angreifen. Hierdurch wird gewährleistet, dass nur die erste Gruppe der Zähne der Schaltzähne mit den Sperrzähnen zusammenarbeiten, welche für das Synchronisieren vorgesehen sind. Die Schaltzähne der zweiten Gruppe, welche ausschließlich zum Einspuren verwendet werden, können somit einfach und in geringer Zeit in die Lücken zwischen benachbarten Zähnen der Kupplungsverzahnung eingreifen, wodurch die Schaltqualität erhöht wird. Auch können die Zähne derart ausgebildet sein, dass sie für ihre jeweilige Funktion optimiert sind und eine sichere Funktionstrennung zwischen dem Synchronisieren und dem Einspuren gewährleistet ist.
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Zusammenfassend ist festzustellen, dass mit der vorliegenden Erfindung eine Schaltkupplung mit einer Synchronisiereinrichtung angegeben wird, welche derart ausgebildet ist, dass eine Funktionstrennung zwischen dem Synchronisieren und dem Einspuren stattfindet. Da eine erste Gruppe der Zähne der Schaltzähne ausschließlich zum Synchronisieren verwendet wird und eine zweite Gruppe der Schaltzähne ausschließlich zum Einspuren vorgesehen ist, können die Zähne für ihre jeweilige Funktion optimiert werden. So können die Zähne der zweiten Gruppe der Schaltzähne unsymmetrisch und/oder mit unterschiedlichen Dachwinkeln ausgestaltet sein, wodurch das Auftreten von Kaltkratzen aufgrund von Differenzdrehzahlen, verursacht durch interne Getriebeverluste, verhindert werden kann. Die Dachwinkel der Dachflächen der Zähne der ersten Gruppe der Schaltzähne können derart ausgestaltet sein, dass auch bei niedrigen Temperaturen, bei denen das Getriebeöl eine höhere Viskosität hat, eine ausreichende Axialkraft auf den Synchronisierring ausgeübt wird, um eine effektive Synchronisierung zu gewährleisten.
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Die Funktionstrennung kann dadurch sichergestellt werden, dass die Zähne der zweiten Gruppe der Schaltzähne axial länger ausgebildet sind als die Zähne der zweiten Gruppe der Schaltzähne, oder an der Schaltmuffe axial vorgezogen sind, wodurch gleichzeitig ein Doppeleingriff in die Kuppelverzahnung vermieden wird. Auch kann die Funktionstrennung dadurch erfolgen, dass der Synchronisierring nur an den Stellen Sperrzähne aufweist, an denen die Zähne der ersten Gruppe der Schaltzähne angreift.
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Ferner unterliegen die Dachflächen der Zähne der ersten und zweiten Schaltgruppe dabei keinen strengen Formvorschriften, weshalb diese einfach und kostengünstig herstellbar und leicht auszutauschen sind. Auch kann hierdurch eine Teilevielfalt vermieden werden.
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Die Anmeldung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.
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1 zeigt eine schematisch perspektivische Querschnittsansicht eines Getriebeteils mit einer Schaltkupplung gemäß einer Ausführungsform;
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2A bis 2F zeigen teilweise Schritte einer Abwicklung einer Schaltverzahnung, Sperrverzahnung und Kuppelverzahnung bei einer Vergleichssynchronisiereinrichtung;
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3A bis 3F zeigen teilweise Schritte einer Abwicklung einer Schaltverzahnung, Sperrverzahnung und Kuppelverzahnung bei einer Synchronisiereinrichtung gemäß einer Ausführungsform;
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4A bis 4D zeigen schematische Querschnitte der Zähne der zweiten Gruppe der Schaltzähne gemäß unterschiedlicher Ausführungsformen;
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5A und 5B zeigen schematische Querschnitte der Zähne der ersten Gruppe der Schaltzähne gemäß unterschiedlicher Ausführungsformen.
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1 zeigt eine schematisch perspektivische Querschnittsdarstellung eines Getriebeteils 1 mit einer Schaltkupplung gemäß einer Ausführungsform.
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Dargestellt ist eine Welle 2, auf der eine Führungsmuffe 3 mittels einer Verzahnung drehfest und axial unverschieblich befestigt ist. Neben der Führungsmuffe 3 sind auf der Welle 2, zu beiden Seiten, Zahnräder 4, 5 drehbar gelagert, die an ihrer der Führungsmuffe 2 zugewandten Seite eine axiale Verlängerung 6, 7 aufweisen, auf der jeweils ein Kupplungskörper 8, 9 aufgesetzt ist. Diese greifen mit einer Innenverzahnung in eine Außenverzahnung an den Verlängerungen 6, 7 an, so dass sie mit den ihnen zugeordneten Zahnrädern 4, 5 drehfest verbunden sind. Weiter weisen die Kupplungskörper 8, 9 jeweils eine Kegelfläche 10, 11 auf, die jeweils einen Gegenkonus für einen Synchronisierring 12, 13 bildet. Auch weisen die Kupplungskörper 8, 9 am Umfang eines an die Kegelflächen 10, 11 angrenzenden Abschnittes jeweils eine Außenverzahnung, die Kuppelverzahnung 14, 15 auf. Weiter zeigt 1 eine Schaltmuffe 16 mit einer Schaltverzahnung 17, welche in die Kuppelverzahnung 14, 15 eingreift. Die Schaltmuffe 16 ist in ihrer Ruhestellung zentrisch zur Mittelebene der Führungsmuffe 3 angeordnet und weist eine zentrale Ringnut 18 auf, in die Rastkugeln 19 eingreifen. Die Rastkugeln 19 sind zusammen mit sie belastenden Druckfedern 20 in radialen Bohrungen der Führungsmuffe 3 angeordnet.
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Das Einlegen eines bestimmten Ganges erfolgt nun in bekannter Weise dadurch, dass die Schaltmuffe 16 durch axiales Verschieben mit der Kuppelverzahnung 14, 15 eines benachbarten Zahnrades 4, 5 in Eingriff gebracht wird, wodurch eine starre Verbindung zwischen der Welle 2 und dem mit der Schaltmuffe 16 in Eingriff stehenden Zahnrad 4, 5 hergestellt wird.
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Die Funktion der erfindungsgemäßen Synchronisiereinrichtung wird im Folgenden anhand der 2A bis 2F und 3A bis 3F näher erläutert. Diese zeigen im Vergleich teilweise Schritte einer Abwicklung einer Schaltverzahnung 17, Sperrverzahnung und Kuppelverzahnung 14, 15 mit einer konventionellen Synchronisiereinrichtung (2A bis 2F) und einer Synchronisiereinrichtung gemäß einer Ausführungsform (3A bis 3F).
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Die 2A bis 2F zeigen teilweise Schritte einer Abwicklung einer Schaltverzahnung 17, Sperrverzahnung und Kuppelverzahnung 14, 15 mit einer Vergleichssynchronisiereinrichtung.
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Zu erkennen sind dabei Kuppelzähne 22, Sperrzähne 23 des Synchronisierrings 12, 13 sowie Schaltzähne 24 der Schaltmuffe 16, welche mit den Sperrzähnen 23 zusammenarbeiten bis eine Synchrondrehzahl erreicht ist und anschließend in die Kuppelzähne 22 eingreifen.
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2A zeigt die Kuppelzähne 22, Sperrzähne 23 und Schaltzähne 24 dabei in Neutralstellung, während welcher diese nicht zusammenarbeiten.
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Wird nun der Gang gewechselt, müssen aufgrund der unterschiedlichen Übersetzungsverhältnisse die zu kuppelnden Teile vorher auf eine gleiche Drehzahl gebracht werden. Dabei wird die Schaltmuffe 16 in Richtung des zu schaltenden Zahnrades 4, 5 bewegt, wodurch der Synchronisierring mit seinem Gegenkonus gegen den Konus des Kupplungskörpers 8, 9 gelangt. Dabei verdreht sich der Synchronisierring 12, 13 relativ zur Muffe 16, so dass die Schrägflächen der Schaltverzahnung 17 auf die Sperrflächen der Sperrzähne 23 stoßen. Dies ist in 2B dargestellt. Der mit Bezugszeichen L versehene Pfeil symbolisiert dabei die Laufrichtung der Schaltzähne 24.
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Dadurch wird eine Axialkraft auf den Synchronisierring 12, 13 ausgeübt. Der mit Bezugszeichen 25 versehene Pfeil symbolisiert dabei die Wirkrichtung der Axialkraft. Gleichzeitig erzeugt die Schaltkraft über die Schrägflächen der Schaltverzahnung 17 eine Rückstellkraft auf den Synchronisierring 12, 13. Die Wirkrichtung der Rückstellkraft wird dabei über den mit Bezugszeichen 26 versehenen Pfeil symbolisiert. Bei Gleichlauf der Teile überwiegt dabei die Rückstellkraft die an den Reibflächen wirkende Umfangskraft und bringt den Synchronisierring 12, 13 in eine Mittelstellung, bei der die Muffe 16 durchgeschaltet werden kann.
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Unter normalen Bedingungen, das heißt bei Temperaturen, für die die Viskosität des Getriebeöls bestimmt ist, bleibt der Gleichlauf der zu kuppelnden teile nach der Synchronisierung aufgrund der Massenträgheit so lange erhalten, bis die Schaltung vollständig ausgeführt ist. Bei niedrigen Temperaturen, bei denen das Getriebeöl eine hohe Viskosität aufweist, bremst das Getriebeöl die beim Schaltvorgang vom Antrieb entkuppelten Teile stark ab. Soll nun von einer höheren Untersetzungsstufe, von einem niedrigeren Gang, in eine niedrigere Untersetzungsstufe, in einen höheren Gang geschaltet werden, wird das zunächst schneller laufende Zahnrad 4, 5 sowohl von der Synchronisiereinrichtung 12, 13 als auch von der höheren Ölviskosität abgebremst. Es durchläuft daher schon nach kurzer Zeit den Synchronpunkt, bei dem sich der Synchronisierring 12, 13 gegenüber der Schaltmuffe 16 in entgegen gesetzter Richtung verdreht. Dabei wird in der Mittelstellung der Schaltweg kurzfristig freigegeben und die Schaltzähne 24 greifen durch die Zwischenräume der Sperrzähne 23. Dies ist in 2C dargestellt. Da nun keine Axialkraft auf den Synchronisierring 12, 13 mehr ausgeübt wird, fällt das zu kuppelnde Zahnrad 4, 5 noch mehr in der Drehzahl ab, so dass die Schaltzähne 24 der Muffe 16, wie in 2D gezeigt, an den Kuppelzähnen 22 vorbeikratzen, bevor sie, wie in 2E dargestellt ist, einrücken, was zum Auftreten von Kaltkratzen führt.
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2F zeigt abschließend einen Zustand, bei dem die Schaltzähne 24 vollständig in die Kuppelzähne 23 eingerückt sind, so dass das dem Kupplungskörper 8, 9 zugeordnete Zahnrad 4, 5 mit der Welle 2 gekuppelt wird.
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Die 3A bis 3F zeigen teilweise Schritte einer Abwicklung einer Schaltverzahnung 17, Sperrverzahnung und Kuppelverzahnung 14, 15 mit einer Synchronisiereinrichtung gemäß einer Ausführungsform.
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Zu erkennen ist dabei eine erste Gruppe der Schaltzähne 27, welche mit den Sperrzähnen 28 zusammenarbeitet, bis eine Synchrondrehzahl erreicht ist, und eine zweite Gruppe der Schaltzähne 29, welche in die Kuppelzähne 30 eingreift, nachdem die Synchrondrehzahl erreicht ist. Da die Zähne 31 der ersten Gruppe der Schaltzähne 27 nur zum Synchronisieren vorgesehen sind und die Zähne 32 der zweiten Gruppe der Schaltzähne 29 ausschließlich zum Einspuren verwendet werden, wird eine Funktionstrennung zwischen dem Synchronisieren und dem Einspuren gewährleistet, so dass die Zähne 31, 32 für ihre jeweilige Funktion optimiert werden können.
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In dem in den 3A bis 3F dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Zähne 31 der ersten Gruppe der Schaltzähne 27 dabei axial kürzer ausgebildet als die Zähne 32 der zweiten Gruppe der Schaltzähne 29.
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Weiter sind die Dachflächen 33, 34 der Zähne 32 der zweiten Gruppe der Schaltzähne 29 unsymmetrisch ausgebildet. Dabei weist die in Laufrichtung vordere Dachfläche 33 eine größere axiale Ausdehnung auf als die in Laufrichtung hintere Dachfläche 34. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Dachflächen 33, 34 der Zähne 32 der zweiten Gruppe der Schaltzähne 29 ferner dreiecksförmig ausgebildet. Die Laufrichtung wird dabei wiederum durch den mit Bezugszeichen L versehenen Pfeil symbolisiert.
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Auch weist der Synchronisierring 12, 13 nur an den Stellen Sperrzähne 28 auf, an denen die Zähne 31 der ersten Gruppe der Schaltzähne 27 angreifen.
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Weiter sind die Dachflächen 35, 36 der Kuppelzähne 30 in der gleichen Weise wie die Dachflächen 33, 34 der Zähne 32 der zweiten Gruppe der Schaltzähne 29 unsymmetrisch ausgebildet. Jedoch weist hierbei die in Laufrichtung der Schaltzähne 27 vordere Dachfläche 35 eine kleinere axiale Ausdehnung auf als die in Laufrichtung der Schaltzähne 32 hintere Dachfläche 36 der Kuppelzähne 30.
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3A zeigt die Schaltzähne 31, 32, Sperrzähne 28 und Kuppelzähne 30 wiederum in Neutralstellung.
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Bei einem Gangwechsel kommen nun, wie in 3B gezeigt, nur die Dachflächen 37 der Zähne 31 der ersten Gruppe der Schaltzähne 27, welche zum Synchronisieren verwendet werden, mit den Sperrflächen der Sperrzähne 28 in Kontakt. Dadurch wird wiederum eine Axialkraft auf den Synchronisierring 12, 13 ausgeübt. Die Wirkrichtung der Axialkraft ist dabei wiederum durch den mit Bezugszeichen 25 versehenen Pfeil symbolisiert. Auch erzeugt die Schaltkraft gleichzeitig über die Dachflächen 37 eine Rückstellkraft auf den Synchronisierring 12, 13. Die Wirkrichtung der Rückstellkraft ist dabei wiederum durch den, mit Bezugszeichen 26 versehenen Pfeil symbolisiert. Bei Gleichlauf der Teile überwiegt die Rückstellkraft, die an den Reibflächen wirkende Umfangskraft und bringt den Synchronisierring 12, 13 in eine Mittelstellung, bei der die Muffe 16 durchgeschaltet werden kann.
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Dabei werden, wie in 3C gezeigt, die Zähne 32 der zweiten Gruppe der Schaltzähne 29 nicht an ihrem axialen Vorschub gehindert, da der Synchronisierring an den Stellen, an denen die Zähne 32 der zweiten Gruppe der Schaltzähne 29 angreifen, keine Sperrzähne 28 aufweist.
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Kommen die Zähne 32 der zweiten Gruppe der Schaltzähne 29 nun in Kontakt mit den Kuppelzähnen 30, wirkt sich, wie in 3D dargestellt, ein möglicher Impuls der Kupplungsverzahnung 14, 15 am Gangrad auf die Schaltmuffe 16 im Falle einer erneuten Differenzdrehzahl beider Teile aufgrund etwa einer zu langsamen Schaltung oder zu großen Viskosität des Getriebeöls lediglich in Drehrichtung der beiden Teile aus, ohne dass dabei eine Zurückweisung der Schaltmuffe 16 stattfindet.
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Gleichzeitig bewirkt die unsymmetrische Ausbildung der Dachflächen 33, 34, 35, 36 der Zähne 32 der zweiten Gruppe der Schaltzähne 29 und der Kuppelzähne 30, dass diese, wie in 3E dargestellt, leicht gegeneinander abgleiten können, wenn diese aufgrund der anderen Drehrichtungsverhältnisse aufeinander treffen.
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3F wiederum zeigt den Zustand, in dem die Zähne 32 der zweiten Gruppe der Schaltzähne 29 vollständig in die Kuppelverzahnung 14, 15 eingerückt sind und somit das zu dem zu schaltenden Gang gehörende Zahnrad 4, 5 mit der Welle 2 gekuppelt ist.
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Die 4A bis 4D zeigen schematische Querschnitte der Zähne 32 der zweiten Gruppe der Schaltzähne 29 gemäß unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung.
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Dabei können die Dachflächen 38, 39, 40, 41 der Zähne 32 der zweiten Gruppe der Schaltzähne 29, wie in 4A gezeigt, dreiecksförmig 38, 39 oder, wie in 4B gezeigt, trapezförmig 40, 41 ausgebildet sein.
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Dabei weist die in Laufrichtung vordere Dachfläche 38, 40 der Zähne 32 der zweiten Gruppe der Schaltzähne 29 einen anderen Dachwinkel auf als die in Laufrichtung hintere Dachfläche 40, 42. Die Laufrichtung der Schaltzähne 27 wird dabei wiederum durch den mit Bezugszeichen L versehenen Pfeil symbolisiert.
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Der Dachwinkel α der in Laufrichtung vorderen Dachfläche 38, 40 beträgt dabei 0 bis 20°. In dem gezeigten Ausführungsbeispielen beträgt der Dachwinkel α der in Laufrichtung vorderen Dachfläche 0°. Dadurch wird gewährleistet, dass sich ein möglicher Impuls der Kuppelverzahnung 14, 15 am Gangrad auf die Schaltmuffe 16 im Falle einer erneuten Differenzdrehzahl zwischen Schaltverzahnung 17 und Kuppelverzahnung 14, 15 aufgrund etwa einer zu langsamen Schaltung oder zu großer Viskosität des Getriebeöls lediglich in Drehrichtung der beiden Teile auswirkt, ohne dass dabei eine Zurückweisung der Schaltmuffe 16 stattfindet.
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Weiter beträgt der Dachwinkel β der in Laufrichtung hinteren Dachfläche 39, 41 45°. Dadurch wird gewährleistet, dass die Dachflächen 38, 39, 40, 41 der Zähne 32 der zweiten Gruppe der Schaltzähne 29 und der Kuppelzähne 30 leicht gegeneinander abgleiten können, welche bevorzugt in gleicher Weise unsymmetrisch ausgebildet sind, wodurch auch die Rück- oder Abschaltung nicht beeinträchtigt oder verschlechtert wird.
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Weiter können die Dachflächen 42, 43 der Zähne 32 der zweiten Gruppe der Schaltzähne 29 aber auch rund 42, wie in 4C gezeigt, oder rechteckig 43, wie in 4D gezeigt, ausgebildet sein.
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Die 5A und 5B zeigen schematische Querschnitte der Zähne 31 der ersten Gruppe der Schaltzähne 27 gemäß unterschiedlicher Ausführungsformen.
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Wie in 5A gezeigt, können die Dachflächen 44 der Zähne 31 der ersten Gruppe der Schaltzähne 27 symmetrisch ausgebildet sein. Dabei beträgt der Dachwinkel χ der symmetrischen Dachflächen 45 der Schaltzähne 45° bis 60°. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel beträgt der Dachwinkel χ 45°. Durch eine derartige Ausgestaltung können die Zähne 31 der ersten Gruppe der Schaltzähne 27, welche ausschließlich zum Synchronisieren vorgesehen sind, optimal für ihre Funktion ausgebildet werden.
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Weiter können die Dachflächen 45 der Zähne 31 der ersten Gruppe der Schaltzähne 27 auch unsymmetrisch ausgebildet sein, wie in 5B gezeigt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Getriebeteil
- 2
- Welle
- 3
- Führungsmuffe
- 4, 5
- Zahnräder
- 6, 7
- axiale Verlängerung
- 8, 9
- Kupplungskörper
- 10, 11
- Kegelfläche
- 12, 13
- Synchronisierring
- 14, 15
- Kuppelverzahnung
- 16
- Schaltmuffe
- 17
- Schaltverzahnung
- 18
- Ringnut
- 19
- Rastkugeln
- 20
- Druckfedern
- 22
- Kuppelzähne
- 23
- Sperrzähne
- 24
- Schaltzähne
- 25
- Wirkrichtung der Axialkraft
- 26
- Wirkrichtung der Rückstellkraft
- 27
- erste Gruppe der Schaltzähne
- 28
- Sperrzähne
- 29
- zweite Gruppe der Schaltzähne
- 30
- Kuppelzähne
- 31
- Zähne der ersten Gruppe der Schaltzähne
- 32
- Zähne der zweiten Gruppe der Schaltzähne
- 33, 34
- Dachflächen der Zähne der zweiten Gruppe der Schaltzähne
- 35, 36
- Dachflächen der Kuppelzähne
- 37
- Dachfläche der Zähne der ersten Gruppe der Schaltzähne
- 38, 39, 40, 41, 42, 43
- Dachflächen der Zähne der zweiten Gruppe der Schaltzähne
- 44, 45
- Dachflächen der Zähne der ersten Gruppe der Schaltzähne
- L
- Laufrichtung der Schaltzähne
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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