DE102011016238A1

DE102011016238A1 - Kraftfahrzeuggetriebeschaltvorrichtung mit zumindest einer Synchroneinheit

Info

Publication number: DE102011016238A1
Application number: DE201110016238
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Krajewski M.Sc Christian
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2011-04-06
Filing date: 2011-04-06
Publication date: 2012-10-11

Abstract

Erfindungsgemäß wird eine Kraftfahrzeuggetriebeschaltvorrichtung, insbesondere eine Nutzkraftfahrzeuggetriebeschaltvorrichtung, mit zumindest einer Synchroneinheit (10), die zur Synchronisierung eines Schaltvorgangs zumindest zwei Synchronkegel (11, 12) mit zueinander korrespondierend ausgebildeten Formschlusskonturen (13, 14) aufweist, mittels deren die Synchronkegel (11, 12) zu einer Positionierung aufeinanderliegen, und die zumindest ein Einstellelement (15, 16, 17) aufweist, das zu einer Einstellung einer Ausgangslage (18) dazu vorgesehen ist, die Synchronkegel (11, 12) aneinanderzudrücken, vorgeschlagen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeuggetriebeschaltvorrichtung, insbesondere eine Nutzkraftfahrzeuggetriebeschaltvorrichtung, mit zumindest einer Synchroneinheit, die zur Synchronisierung eines Schaltvorgangs vorgesehen ist.
Aus der DE 10 2008 022 563 A1 ist bereits eine Kraftfahrzeuggetriebeschaltvorrichtung, mit einer Synchroneinheit, die zur Synchronisierung eines Schaltvorgangs zwei Synchronringe aufweist, bekannt.
Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, eine Kraftfahrzeuggetriebeschaltvorrichtung bereitzustellen, die bei einer leistungsstarken Synchronisierung einen geringen axialen Bauraumbedarf aufweist. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Erfindungsgemäß wird eine Kraftfahrzeuggetriebeschaltvorrichtung, insbesondere eine Nutzkraftfahrzeuggetriebeschaltvorrichtung, mit zumindest einer Synchroneinheit, die zur Synchronisierung eines Schaltvorgangs zumindest zwei Synchronkegel mit zueinander korrespondierend ausgebildeten Formschlusskonturen aufweist, mittels deren die Synchronkegel zu einer Positionierung aufeinanderliegen, und die zumindest ein Einstellelement aufweist, das zu einer Einstellung einer Ausgangslage dazu vorgesehen ist, die Synchronkegel aneinanderzudrücken, vorgeschlagen. Dadurch kann eine Vorsynchronisierung zur Vermeidung eines direkten Durchschaltens ohne weitere Bauteile realisiert werden, wodurch beispielsweise im Vergleich zu bekannten Synchronisierungen auf Sperrstifte verzichtet werden kann. Dadurch kann eine platzsparende Positionierung der Synchronkegel relativ zueinander realisiert werden, wodurch ein axialer Bauraumbedarf der Kraftfahrzeuggetriebeschaltvorrichtung reduziert werden kann. Da die Positionierung der Synchronkegel relativ zueinander durch die Formschlusskonturen und die Einstellung der Ausgangslage durch das zumindest eine Einstellelement erfolgt, kann eine leistungsstarke Synchronisierung bereitgestellt werden, bei der ein Eingehen der Einstellelemente in den axialen Bauraumbedarf vermieden werden kann. Der axiale Bauraumbedarf ist damit vorzugsweise hauptsächlich durch eine axiale Erstreckung der Synchronkegel definiert, wodurch der axiale Bauraumbedarf im Vergleich zu Synchronisierungen aus dem Stand der Technik reduziert werden kann. Der axiale Bauraumbedarf der erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuggetriebeschaltvorrichtung beträgt vorzugsweise die axiale Erstreckung der beiden Synchronkegel, eine axiale Synchronreserve und eine axiale Erstreckung von Schaltverzahnungen. Die erfindungsgemäße Kraftfahrzeuggetriebeschaltvorrichtung ist besonders vorteilhaft für Synchronisierungen mit Gleichlaufkörpern, die einen größeren Durchmesser aufweisen als die Synchronkegel, vorgesehen.
Unter einem „Synchronkegel” soll insbesondere ein kegel- und/oder keilförmiges Element verstanden werden, das dazu vorgesehen ist, insbesondere durch Reibung eine Drehzahl mindestens zweier Bauteile, insbesondere einer Schaltmuffe und eines Kupplungskörpers, anzugleichen und/oder das zumindest ein Sperrelement aufweist, das dazu vorgesehen ist, eine insbesondere axiale Bewegung eines Bauteils, insbesondere einer Schaltmuffe, zu sperren, solange das Bauteil und ein zur Drehzahlangleichung vorgesehenes Bauteil, insbesondere ein Kupplungskörper, asynchron laufen und damit einen Drehzahlunterschied aufweisen. Unter einem „kegel- und/oder keilförmigen Element” soll insbesondere ein Element verstanden werden, dessen Durchmesser, insbesondere dessen Innendurchmesser, sich in zumindest einem Teilbereich kontinuierlich vergrößert oder verkleinert. Vorzugsweise verkleinert sich der Durchmesser, insbesondere Innendurchmesser, des kegel- und/oder keilförmigen Elements in eine axiale Richtung, die jeweils zu dem anderen, gegenüberliegenden Synchronkegel zeigt. Unter einer „Positionierung” soll insbesondere eine Einstellung, insbesondere eine erzwungene Einstellung, einer definierten Lage, insbesondere einer in Umfangsrichtung definierten Lage der Synchronkegel relativ zueinander verstanden werden. Unter einer „erzwungenen Einstellung” soll insbesondere eine durch eine Form, eine Geometrie und/oder durch einen Eingriff der zwei Synchronkegel hervorgerufene Einstellung der Lage der beiden Synchronkegel zueinander verstanden werden. Unter einer „Ausgangslage” soll insbesondere eine Lage der Synchronkegel relativ zueinander verstanden werden, die sich bei einem Anliegen der Synchronkegel mittels der Formschlusskonturen einstellt. Vorzugsweise stellt sich die Ausgangslage selbstständig ein. Die Ausgangslage liegt vorteilhafterweise vor, wenn eine auf mindestens einen Synchronkegel wirkende externe Kraft, insbesondere eine externe axiale Kraft, die die Synchronkegel versucht auseinander zu bewegen, fehlt oder kleiner ist als eine von dem Einstellelement bereitgestellte Kraft. Unter einer „externen Kraft” soll insbesondere eine von einem durch eine Steuer- und/oder Regeleinheit aktivierten Aktor und/oder von einem Fahrer des die Kraftfahrzeuggetriebeschaltvorrichtung aufweisenden Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Nutzkraftfahrzeugs, bereitgestellte Kraft verstanden werden, die zur Schaltung oder Auslegung eines Getriebegangs vorgesehen ist und insbesondere mittels eines Bauteils, insbesondere einer Schaltmuffe der Kraftfahrzeuggetriebeschaltvorrichtung, bereitgestellt wird. Das Einstellelement stellt vorzugsweise eine axial wirkende Kraft bereit. Unter einer „Formschlusskontur” soll insbesondere eine Kontur der Synchronkegel verstanden werden, die bei Aufeinanderliegen zumindest teilweise ineinander greifen, wodurch die Synchronkegel in Umfangsrichtung teilweise formschlüssig und teilweise reibschlüssig miteinander verbunden sind. Vorzugsweise weisen die aufeinanderliegenden Formschlusskonturen, insbesondere in Umfangsrichtung, schräg verlaufende Reibflächen auf. Unter „aneinanderdrücken” soll insbesondere verstanden werden, dass die Einstelleinheit eine Kraft, insbesondere eine axiale Kraft, bereitstellt, die die Synchronkegel gegeneinanderdrückt, sodass die Formschlusskonturen der Synchronkegel aufeinanderliegen. Unter „aufeinanderliegen” soll insbesondere verstanden werden, dass eine Oberfläche eines der beiden Synchronkegels und eine Oberfläche des anderen Synchronkegels einander zumindest teilweise direkt kontaktieren. Unter einem „Schaltvorgang” soll insbesondere ein Wechsel von einem Getriebegang in einen anderen Getriebegang eines Getriebes verstanden werden. Unter „axial” soll insbesondere axial bezüglich einer Rotationsachse der Synchronkegel verstanden werden. Unter einer „Umfangsrichtung” soll insbesondere eine Richtung verstanden werden, die um die Rotationsachse der Synchronkegel verläuft. Unter „vorgesehen” soll insbesondere speziell ausgelegt und/oder ausgestattet verstanden werden.
Weiter wird vorgeschlagen, dass die Synchronkegel jeweils eine Sperrverzahnung aufweisen und die Formschlusskonturen in der Ausgangslage dazu vorgesehen sind, die Sperrverzahnungen in Umfangsrichtung versetzt zueinander zu positionieren. Dadurch können die Synchronkegel besonders vorteilhaft relativ zueinander positioniert werden. Unter einer „Sperrverzahnung” sollen insbesondere mehrere um den Umfang verteilte Sperrelemente verstanden werden, die dazu vorgesehen sind, eine insbesondere axiale Bewegung des Bauteils, insbesondere der Schaltmuffe, zu sperren, solange das Bauteil und das zur Drehzahlangleichung vorgesehene Bauteil, insbesondere der Kupplungskörper, asynchron laufen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Formschlusskonturen in der Ausgangslage dazu vorgesehen, die Sperrverzahnungen um eine halbe Zahnteilung zueinander verdreht anzuordnen. Dadurch kann eine besonders vorteilhafte Verdrehung der Synchronkegel gefunden werden. Unter einer „Zahnteilung” soll insbesondere ein Abstand zwischen zwei Zähnen, d. h. von einem Zahn zum nächsten Zahn der Sperrverzahnung, verstanden werden.
Weiter wird vorgeschlagen, dass die Synchronkegel jeweils zumindest einen sich axial erstreckenden Kegelbereich aufweisen, der die jeweilige Formschlusskontur umfasst. Dadurch kann ein vorteilhafter Synchronkegel bereitgestellt werden. Unter einem „Kegelbereich” soll insbesondere ein Teil des Synchronkegels verstanden werden, der kegel- und/oder keilförmig ausgebildet ist.
Ferner wird vorgeschlagen, dass sich die Kegelbereiche der Synchronkegel in der Ausgangslage zumindest teilweise überlappen. Dadurch kann ein besonders vorteilhafter Kegelbereich realisiert werden. Vorzugsweise überlappen sich die Kegelbereiche bezüglich einer radialen Richtung. Unter „überlappen” soll insbesondere eine Überdeckung verstanden werden, bei der ein Material eines Kegelbereichs auf einem Material des anderen Kegelbereichs aufliegt. Unter einer „radialen Richtung” soll insbesondere eine Richtung verstanden werden, die senkrecht zu der Rotationsachse der Synchronkegel verläuft.
Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die Formschlusskonturen der Synchronkegel zumindest teilweise rampenförmig ausgebildet sind. Dadurch kann eine vorteilhafte Formschlusskontur gefunden werden. Unter „rampenförmig” soll insbesondere ein Verlauf verstanden werden, der sich in Umfangsrichtung betrachtet axial schräg ausbreitet. Vorzugsweise weisen die Formschlusskonturen jeweils zumindest eine sich in Umfangsrichtung und in axialer Richtung erstreckende Rampe auf.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn das zumindest eine Einstellelement als ein Kraftspeicherelement ausgebildet ist, das dazu vorgesehen ist, bei Verlassen der Ausgangslage selbstständig eine Rückstellkraft bereitzustellen. Dadurch kann eine besonders vorteilhafte Aufrechterhaltung der Ausgangslage realisiert werden. Unter einem „Verlassen der Ausgangslage” soll insbesondere ein voneinander Wegbewegen der Synchronkegel verstanden werden, wodurch sich zwischen den Synchronkegeln ein Axialspalt bildet und/oder wodurch sich die Synchronkegel zueinander verdrehen und dadurch sich die versetzte Anordnung der Sperrverzahnungen auflöst. Unter einer „Rückstellkraft” soll insbesondere eine Kraft verstanden werden, die dazu vorgesehen ist, die Ausgangslage wiederherzustellen. Die Rückstellkraft ist vorzugsweise als eine axial wirkende Rückstellkraft ausgebildet. Unter selbstständig” soll insbesondere ohne eine externe Kraft verstanden werden.
Besonders bevorzugt ist das Kraftspeicherelement dazu vorgesehen, eine auf die Synchronkegel wirkende Zugkraft bereitzustellen. Dadurch kann eine besonders vorteilhafte Rückstellkraft bereitgestellt werden. Unter einer „Zugkraft” soll insbesondere eine Kraft verstanden werden, die die Synchronkegel zueinander her zieht.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass das Kraftspeicherelement als eine Zugfeder ausgebildet ist, die wirkungsmäßig zwischen den beiden Synchronkegeln angeordnet ist. Dadurch kann ein besonders vorteilhaftes Kraftspeicherelement gefunden werden.
Außerdem wird vorgeschlagen, dass einer der Synchronkegel für eine kleine Getriebeübersetzung und der andere Synchronkegel für eine große Übersetzung einer Rangegruppe vorgesehen ist. Dadurch kann ein besonders vorteilhaftes Nutzkraftfahrzeuggetriebe realisiert werden. Unter einer „Rangegruppe” soll insbesondere eine Bereichsgruppe eines Gruppengetriebes insbesondere des Nutzkraftfahrzeuggetriebes verstanden werden.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Dabei zeigen:
1 einen Schnitt einer Kraftfahrzeuggetriebeschaltvorrichtung mit einer Synchroneinheit in Ausgangslage parallel zu einer Rotationsachse, wobei sich die Kraftfahrzeuggetriebeschaltvorrichtung in einer ersten Schaltstellung befindet,
2 eine perspektivische Explosionsdarstellung der Synchroneinheit,
3 die Kraftfahrzeuggetriebeschaltvorrichtung bei Verlassen der Ausgangslage teilweise geschnitten dargestellt,
4 die Kraftfahrzeuggetriebeschaltvorrichtung bei weiterem Verlassen der Ausgangslage teilweise geschnitten dargestellt und
5 die Kraftfahrzeuggetriebeschaltvorrichtung in einer zweiten Schaltstellung teilweise geschnitten dargestellt.
Die 1 bis 5 zeigen eine Kraftfahrzeuggetriebeschaltvorrichtung eines Kraftfahrzeuggetriebes, die zur Schaltung von zwei Getriebegängen vorgesehen ist. Das Kraftfahrzeuggetriebe ist als ein Nutzkraftfahrzeuggetriebe ausgebildet. Die Kraftfahrzeuggetriebeschaltvorrichtung ist somit als eine Nutzkraftfahrzeuggetriebeschaltvorrichtung ausgebildet. Das Nutzkraftfahrzeuggetriebe ist als ein Gruppengetriebe ausgebildet, das eine Splitgruppe (Vorschaltgruppe), ein Grundgetriebe und eine Rangegruppe (Nachschaltgruppe) umfasst. Die Kraftfahrzeuggetriebeschaltvorrichtung ist für die Rangegruppe vorgesehen. Sie ist für die Rangegruppenschaltung des Gruppengetriebes vorgesehen.
Die Kraftfahrzeuggetriebeschaltvorrichtung weist einen Gleichlaufkörper 24, eine Schaltmuffe 25, zwei Schaltelemente 26, 27, einen Stützkörper 28 und eine Synchroneinheit 10 auf. Sie ist zur Schaltung eines Getriebegangs dazu vorgesehen, den Gleichlaufkörper 24 wahlweise mit einem von den zwei Schaltelementen 26, 27 zu verbinden. Der Gleichlaufkörper 24 ist als ein außenliegender Gleichlaufkörper ausgebildet. Der Gleichlaufkörper 24 ist drehfest mit einem Getriebeelement des Kraftfahrzeuggetriebes und drehfest mit der Schaltmuffe 25 verbunden. Das Getriebeelement, mit dem der Gleichlaufkörper 24 verbunden ist, ist als eine Hohlwelle ausgebildet. Es ist als ein Hohlrad des Kraftfahrzeuggetriebes ausgebildet.
Die Schaltelemente 26, 27 können beispielsweise jeweils drehfest mit einem Gangrad des Kraftfahrzeuggetriebes verbunden sein. Sie sind jeweils einem Getriebegang zugeordnet. Die Schaltelemente 26, 27 sind jeweils als ein Kupplungskörper ausgebildet. Die Schaltmuffe 25 ist zu einer Herstellung einer formschlüssigen Verbindung zwischen dem jeweiligen Schaltelement 26, 27 und dem Gleichlaufkörper 24 vorgesehen. Die Schaltmuffe 25 ist um einen axialen Schaltweg in beide Richtungen auf dem Gleichlaufkörper 24 axial verschiebbar, d. h. parallel zu bzw. entlang einer Rotationsachse 29 der Kraftfahrzeuggetriebeschaltvorrichtung angeordnet. Die Schaltmuffe 25 ist als eine gebaute Schaltmuffe ausgebildet. Sie weist einen Innenring 30 und einen Außenring 31 auf, die mittels eines Formschlusselements 32 fest miteinander verbunden sind. Der Gleichlaufkörper 24 ist dabei in einem montierten Zustand zwischen dem Außenring 31 der Schaltmuffe 25 und dem Innenring 30 der Schaltmuffe 25 angeordnet. Das Formschlusselement 32 ist als eine Schraube ausgebildet. Der Stützkörper 28 ist als eine gehäusefeste Stützplatte ausgebildet.
Die Synchroneinheit 10 ist zur Synchronisierung des Schaltvorgangs vorgesehen. Die Kraftfahrzeuggetriebeschaltvorrichtung ist somit als eine Synchronisiervorrichtung ausgebildet. Die Synchroneinheit 10 weist zwei Synchronkegel 11, 12 auf, die konzentrisch zueinander angeordnet sind. Die Synchronkegel 11, 12 weisen eine Rotationsachse auf, die der Rotationsachse 29 entspricht. Der Synchronkegel 11 ist dem Schaltelement 26 und der Synchronkegel 12 dem Schaltelement 27 zugeordnet. Die Synchronkegel 11, 12 sind dazu vorgesehen, zur Schaltung eines Getriebegangs eine Drehzahl der Schaltmuffe 25 und eine Drehzahl des jeweiligen Schaltelements 26, 27 durch Reibung einander anzugleichen. Sie weisen dazu jeweils eine Reibfläche 33, 34 auf, die zur Synchronisierung mit einer korrespondierenden Gegenreibfläche 35, 36 des entsprechenden Schaltelements 26, 27 wechselwirkt, d. h., in reibschlüssigem Kontakt steht. Die Reibflächen 33, 34 der Synchronkegel 11, 12 wirken in axialer Richtung 38 und in radialer Richtung 47. Sie sind konusförmig ausgebildet.
Da die beiden Synchronkegel 11, 12 analog ausgestaltet sind, soll für eine Ausgestaltung und eine Funktion des Synchronkegels 12 auf die folgende Beschreibung des Synchronkegels 11 verwiesen werden. Der Synchronkegel 11 weist eine Sperrverzahnung 19 auf, die dazu vorgesehen ist, eine axiale Verschiebung der Schaltmuffe 25 in eine Schaltstellung zu verhindern, wenn die Schaltmuffe 25 bzw. der Gleichlaufkörper 24 und das entsprechende Schaltelement 26, 27 asynchron laufen. Die Sperrverzahnung 19 weist Dachwinkel 37 auf, die zur Schaltmuffe 25 hin gerichtet sind.
Zur Bereitstellung der Reibfläche 33, 34 weist der Synchronkegel 11 einen Kegelbereich 22 auf. Der Kegelbereich 22 erstreckt sich axial und somit parallel zu der Rotationsachse 29. Er erstreckt sich in eine axiale Richtung 38, die zu dem Synchronkegel 12 zeigt. Ein die Sperrverzahnung 19 aufweisender Bereich 39 des Synchronkegels 11 und der Kegelbereich 22 sind einstückig ausgebildet. Grundsätzlich können der die Sperrverzahnung 19 aufweisende Bereich 39 und der Kegelbereich 22 auch separat zueinander ausgebildet werden, wobei diese miteinander fest, beispielsweise durch Schweißen, verbunden werden.
Zur Positionierung relativ zu dem Synchronkegel 12 weist der Synchronkegel 11 eine Formschlusskontur 13 auf. Die Formschlusskontur 13 ist an einer Stirnfläche des Synchronkegels 11 angeordnet, die in dem montierten Zustand dem Synchronkegel 12 zugewandt ist. Die Formschlusskontur 13 weist in Umfangsrichtung 21, d. h. in Richtung um die Rotationsachse 29, einen periodischen Zick-Zack-Verlauf auf, der jeweils zwischen zwei entgegengesetzten Spitzen 40, 41 ein gradliniges Segment 42 umfasst. Die Formschlusskontur 13 ist rampenförmig ausgebildet. Sie weist mehrere sich in die Umfangsrichtung 21 und in die axiale Richtung 38 erstreckende Rampen 43, 44 auf.
Die Rampe 43 ist als eine eingreifende Rampe und die Rampe 44 als eine aufnehmende Rampe ausgebildet. Die eingreifenden Rampen 43 und die aufnehmenden Rampen 44 wechseln sich entlang der Umfangsrichtung 21 ab. Die eingreifende Rampe 43 weist die Spitze 40 auf, die in dem montierten Zustand in Richtung des Synchronkegels 12 zeigt. Die Spitze 40 der eingreifenden Rampe 43 ist in dem montierten Zustand dem Synchronkegel 12 zugewandt. Die aufnehmende Rampe 44 weist die Spitze 41 auf, die in dem montierten Zustand in eine Richtung zeigt, die entgegengesetzt zu der Richtung, die zum Synchronkegel 12 zeigt, ausgerichtet ist und somit weg von dem Synchronkegel 12 zeigt. Die Spitze 41 der aufnehmenden Rampe 44 ist in dem montierten Zustand dem Synchronkegel 12 abgewandt.
Die rampenförmige Formschlusskontur 13 ist dazu vorgesehen, bezüglich der Umfangsrichtung 21 schräg verlaufende Reibflächen bereitzustellen, mittels deren der Synchronkegel 11 auf dem Synchronkegel 12 aufliegt. Die Rampe 43 weist zwei schräge Reibflächen 45 auf, die einen Winkelabstand zueinander aufweisen und in jeweils eine Richtung der Umfangsrichtung 21 wirken. Die Reibflächen 45 der Rampe 43 sind dazu vorgesehen, mit korrespondierenden und somit schrägen Gegenreibflächen des Synchronkegels 12 in reibschlüssigem Kontakt zu stehen. Die Rampe 44 weist zwei schräge Reibflächen 46 auf, die einen Winkelabstand zueinander aufweisen und in jeweils eine Richtung der Umfangsrichtung 21 wirken. Die Reibflächen 46 der Rampe 44 sind dazu vorgesehen, mit korrespondierenden und somit schrägen Gegenreibflächen des Synchronkegels 12 in reibschlüssigem Kontakt zu stehen. Die Reibflächen 45, 46 wirken in die Umfangsrichtung 21 und in die axiale Richtung 38.
Die Formschlusskontur 13 ist in dem Kegelbereich 22 angeordnet. Der Kegelbereich 22 umfasst somit die Formschlusskontur 13. Die Formschlusskontur 13 und der Kegelbereich 22 sind einstückig miteinander ausgebildet. Die Formschlusskontur 13 ist durch ein den Kegelbereich 22 bildendes Material ausgebildet. Die Rampen 43, 44 sind axial und radial jeweils an einem Außenrand des Kegelbereichs 22 angeordnet. Die aufnehmenden Rampen 44 der Formschlusskontur 13 des Synchronkegels 11 sind jeweils als ein fehlendes Material in dem Kegelbereich 22 ausgebildet. Sie sind jeweils als eine Ausnehmung ausgebildet. Die aufnehmenden Rampen 44 sind dabei in die radiale Richtung 47, d. h. in eine Richtung, die senkrecht zur Rotationsachse 29 ausgerichtet ist, durch das den Kegelbereich 22 bildende Material begrenzt. Sie sind jeweils durch das den Kegelbereich 22 bildende Material in die radiale Richtung 47 begrenzt, die zur Rotationsachse 29 zeigt und somit der Rotationsachse 29 zugewandt ist.
Der Synchronkegel 12 ist analog ausgebildet. Er weist ebenfalls eine Sperrverzahnung 20, einen Kegelbereich 23 und eine Formschlusskontur 14 auf. Der Kegelbereich 23 erstreckt sich in der axialem Richtung 38, die zu dem Synchronkegel 11 zeigt. Die Kegelbereiche 22, 23 der Synchronkegel 11, 12 erstrecken sich in dem montierten Zustand axial zueinander. Die Formschlusskontur 14 ist an einer Stirnfläche des Synchronkegels 12 angeordnet, die in dem montierten Zustand dem Synchronkegel 11 zugewandt ist. Sie weist ebenfalls aufnehmende Rampen 48 und eingreifende Rampen 49 auf, wobei die aufnehmenden Rampen 48 jeweils eine Spitze umfassen, die dem Synchronkegel 11 abgewandt ist, und die eingreifenden Rampen 49 jeweils eine Spitze aufweisen, die dem Synchronkegel zugewandt ist.
Die Formschlusskonturen 13, 14 der Synchronkegel 11, 12 sind korrespondierend zueinander ausgebildet. Zur Positionierung der Synchronkegel 11, 12 relativ zueinander liegen die Synchronkegel 11, 12 mittels der Formschlusskonturen 13, 14 aufeinander. Die aufeinanderliegenden Synchronkegel 11, 12 definieren eine Ausgangslage 18. In der Ausgangslage 18 überlappen sich teilweise die Kegelbereiche 22, 23 der Synchronkegel 11, 12.
In der Ausgangslage 18 greifen die Formschlusskonturen 13, 14 ineinander. Die eingreifenden Rampen 43 der Formschlusskontur 13 des Synchronkegels 11 greifen in die aufnehmenden Rampen 48 der Formschlusskontur 14 des Synchronkegels 12 und die eingreifenden Rampen 49 der Formschlusskontur 14 des Synchronkegels 12 in die aufnehmenden Rampen 44 des Synchronkegels 11. Die eingreifenden Rampen 43, 49 füllen jeweils die entsprechende aufnehmende Rampe 44, 48 aus. In der Ausgangslage 18 liegen die Reibflächen 45, 46 der Rampen 43, 44 gänzlich auf den Gegenreibflächen der Rampen 48, 49. In der Ausgangslage 18 weisen die Synchronkegel 11, 12 keinen gewollten Axialspalt zwischen einander auf. Die aufeinanderliegenden Formschlusskonturen 13, 14 positionieren die Synchronkegel 11, 12 in der Ausgangslage 18 in der Umfangsrichtung 21 versetzt zueinander. Sie ordnen in der Ausgangslage 18 die Sperrverzahnungen 19, 20 der Synchronkegel 11, 12 um eine halbe Zahnteilung verdreht zueinander an.
Zur Einstellung der Ausgangslage 18 weist die Synchroneinheit 10 der Kraftfahrzeuggetriebeschaltvorrichtung drei Einstellelemente 15, 16, 17 auf. Die Einstellelemente 15, 16, 17 drücken die Synchronkegel 11, 12 zur Einstellung der Ausgangslage 18 aneinander. Sie drücken die Stirnflächen der Synchronkegel 11, 12, an denen die Formschlusskonturen 13, 14 angeordnet sind, aneinander. Die Einstellelemente 15, 16, 17 stellen eine axiale Kraft bereit, durch die die Synchronkegel 11, 12 aneinandergedrückt werden. Die drei Einstellelemente 15, 16, 17 sind gleichmäßig um einen Umfang der Synchronkegel 11, 12 und somit in die Umfangsrichtung 21 verteilt angeordnet. Sie sind jeweils axial zwischen den beiden Synchronkegeln 11, 12 angeordnet. Die Einstellelemente 15, 16, 17 sind jeweils um 120 Grad versetzt zueinander angeordnet.
Die Einstellelemente 15, 16, 17 sind analog zueinander ausgebildet, weswegen lediglich das Einstellelement 15 näher beschrieben wird. Das Einstellelement 15 ist mit einem axialen Ende 50 an dem Synchronkegel 11 und mit einem anderen axialen Ende 51 an dem Synchronkegel 12 befestigt. Es ist mit dem die Sperrverzahnung 19 aufweisenden Bereich 39 befestigt.
Zur selbstständigen Einstellung der Ausgangslage 18 ist das Einstellelement 15 als ein Kraftspeicherelement ausgebildet. Das als Kraftspeicherelement ausgebildete Einstellelement 15 stellt bei Verlassen der Ausgangslage 18 selbstständig eine axiale Rückstellkraft, d. h. eine in die Axialrichtung 38 wirkende Rückstellkraft, bereit. Die von dem Einstellelement 15 bereitgestellte Rückstellkraft hält die Ausgangslage 18 fest. Die Rückstellkraft weist eine axiale Wirkrichtung auf. Zum Verlassen der Ausgangslage 18 und damit zur axialen Verschiebung der Synchronkegel 11, 12 voneinander, die wegen der eingreifenden Formschlusskonturen 13, 14 auch aus einer Verdrehung der Synchronkegel 11, 12 resultiert, ist eine Kraft notwendig, die größer ist als die Rückstellkraft der Einstellelemente 15, 16, 17.
Das als Kraftspeicherelement ausgebildete Einstellelement 15 stellt eine auf die Synchronkegel 11, 12 wirkende Zugkraft bereit. Die Rückstellkraft ist somit als eine Zugkraft ausgebildet. Das Einstellelement 15 zieht die beiden Synchronkegel 11, 12 zueinander her. Das als Kraftspeicherelement ausgebildete Einstellelement 15 ist als eine Zugfeder ausgebildet, die wirkungsmäßig zwischen den beiden Synchronkegeln 11, 12 angeordnet ist. Die Zugfeder ist als eine Schraubenzugfeder ausgebildet.
In diesem Ausführungsbeispiel sind der Synchronkegel 11 und das zugehörige Schaltelement 26 für eine große Getriebeübersetzung und der Synchronkegel 12 und das zugehörige Schaltelement 27 für eine kleine Getriebeübersetzung der Rangegruppe vorgesehen. Der Synchronkegel 11 und das Schaltelement 26 sind für langsame Getriebegänge und der Synchronkegel 12 und das Schaltelement 27 für schnelle Getriebegänge der Rangegruppe vorgesehen.
Im Folgenden wird ein Schaltvorgang von einer Schaltstellung der Kraftfahrzeuggetriebeschaltvorrichtung (vgl. 1) in eine andere Schaltstellung der Kraftfahrzeuggetriebeschaltvorrichtung (vgl. 5) beschrieben. In diesem Ausführungsbeispiel ist durch die Schaltstellung gemäß 1 ein langsamer Getriebegang und durch die Schaltstellung gemäß 5 ein schneller Getriebegang geschaltet. In einer Schaltstellung greift eine Innenverzahnung 52 der Schaltmuffe 25 (in den 3–5 auch schematisch an der Rotationsachse 29 dargestellt), die auf dem Innenring 30 der Schaltmuffe 25 angeordnet ist, durch die entsprechende Sperrverzahnung 19, 20 in eine Verzahnung des entsprechenden Schaltelements 26, 27. In der Schaltstellung gemäß 1 ist ein Gleichlauf zwischen der Schaltmuffe 25 und dem Schaltelement 26 und in der Schaltstellung gemäß 5 ein Gleichlauf zwischen der Schaltmuffe 25 und dem Schaltelement 27 hergestellt.
In einem Betriebszustand, in dem ausgehend von der Schaltstellung, in der die große Getriebeübersetzung geschaltet ist (vgl. 1), in die Schaltstellung, in der die kleine Getriebeübersetzung geschaltet ist (vgl. 5), geschaltet wird, wird die Schaltmuffe 25 mittels einer nicht näher dargestellten Schaltgabel in eine Schaltrichtung 53 axial bewegt. Ab einem bestimmten Schaltweg, in dem die Innenverzahnung 52 der Schaltmuffe 25 nicht mehr in die Verzahnung des Schaltelements 26 greift, ist der Getriebegang mit der großen Getriebeübersetzung ausgelegt, wodurch die Kraftfahrzeuggetriebeschaltvorrichtung sich in keiner Schaltstellung befindet. Durch weiteres axiales Bewegen in die Schaltrichtung 53 berührt die Reibfläche 34 die Gegenreibfläche 36 und die Innenverzahnung 52 der Schaltmuffe 25 kontaktiert die Sperrverzahnung 20 des Synchronkegels 12, wodurch die Vorsynchronisierung eingeleitet wird. Zur Entsperrung der Synchronisierung müssen die beiden Synchronkegel 11, 12 zueinander um die halbe Zahnteilung der Sperrverzahnungen 19, 20 verdreht werden und damit die Ausgangslage 18 verlassen (vgl. 3 und 4). Zur Verdrehung der Synchronkegel 11, 12 muss die Innenverzahnung 52 der Schaltmuffe 25 gleichzeitig in die versetzt zueinander angeordneten Sperrverzahnungen 19, 20 der Synchronkegel 11, 12 eingreifen. Durch die Formschlusskonturen 13, 14 auf den Stirnseiten der Synchronkegel 11, 12 ist eine Verdrehung der beiden Synchronkegel 11, 12 nur möglich, indem die Synchronkegel 11, 12 sich in axialer Richtung voneinander wegbewegen. Da die Einstellelemente 15, 16, 17 eine axiale Rückstellkraft beim Verlassen der Ausgangslage 18 erzeugen, kann nur entsperrt werden, wenn eine gewisse axiale Kraft, die größer ist als die Rückstellkraft, an der Schaltmuffe 25 anliegt. Durch Verdrehen der Synchronkegel 11, 12 gegeneinander und damit durch Verlassen der Ausgangslage 18 liegen die Synchronkegel 11, 12 mit den Formschlusskonturen 13, 14 nur teilweise aufeinander. Damit liegen die Reibflächen 45, 46 der Rampen 43, 44 nur teilweise auf den Gegenreibflächen der Rampen 48, 49.
Nachdem die Synchronkegel 11, 12 um die halbe Zahnteilung zueinander verdreht wurden und der Synchronkegel 12 die Drehzahlen des Schaltelements 27 und der Schaltmuffe 25 angepasst hat und somit eine weitere axiale Bewegung der Schaltmuffe 25 in die Schaltrichtung 53 erlaubt, kann durch die weitere axiale Verschiebung der Schaltmuffe 25 die Innenverzahnung 52 der Schaltmuffe 25 durch die Sperrverzahnung 20 des Synchronkegels 12 in die Verzahnung des Schaltelements 27 formschlüssig eingreifen, wodurch der Getriebegang mit der kleinen Getriebeübersetzung eingelegt ist.
Nachdem der Getriebegang eingelegt und damit der Schaltvorgang abgeschlossen ist, greift die Innenverzahnung 52 der Schaltmuffe 25 lediglich in die Sperrverzahnung 20 und die Verzahnung des Schaltelements 27, wodurch die Einstellelemente 15, 16, 17 die Synchronkegel 11, 12 mittels der Rückstellkraft in die Ausgangslage 18 bewegen und somit um die halbe Zahnteilung gegeneinander verdrehen. Dabei ziehen die Einstellelemente 15, 16, 17 den Synchronkegel 11 axial zu dem Synchronkegel 12 her, wodurch sich die Reibfläche 33 des Synchronkegels 11 von der Gegenreibfläche 35 des Schaltelements 26 abhebt und sich damit ein reibschlüssiger Kontakt auflöst. Durch die Anhebung der Reibfläche 33 des Synchronkegels 11 werden ein Verschleiß und ein Wirkungsgradverlust der Kraftfahrzeuggetriebeschaltvorrichtung reduziert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008022563 A1 [0002]

Claims

Kraftfahrzeuggetriebeschaltvorrichtung, insbesondere eine Nutzkraftfahrzeuggetriebeschaltvorrichtung, mit zumindest einer Synchroneinheit (10), die zur Synchronisierung eines Schaltvorgangs zumindest zwei Synchronkegel (11, 12) mit zueinander korrespondierend ausgebildeten Formschlusskonturen (13, 14) aufweist, mittels deren die Synchronkegel (11, 12) zu einer Positionierung aufeinanderliegen, und die zumindest ein Einstellelement (15, 16, 17) aufweist, das zu einer Einstellung einer Ausgangslage (18) dazu vorgesehen ist, die Synchronkegel (11, 12) aneinanderzudrücken.
Kraftfahrzeuggetriebeschaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronkegel (11, 12) jeweils eine Sperrverzahnung (19, 20) aufweisen und die Formschlusskonturen (13, 14) in der Ausgangslage (18) dazu vorgesehen sind, die Sperrverzahnungen (19, 20) in Umfangsrichtung (21) versetzt zueinander zu positionieren.
Kraftfahrzeuggetriebeschaltvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Formschlusskonturen (13, 14) in der Ausgangslage (18) dazu vorgesehen sind, die Sperrverzahnungen (19, 20) um eine halbe Zahnteilung zueinander verdreht anzuordnen.
Kraftfahrzeuggetriebeschaltvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronkegel (11, 12) jeweils zumindest einen sich axial erstreckenden Kegelbereich (22, 23) aufweisen, der die jeweilige Formschlusskontur (13, 14) umfasst.
Kraftfahrzeuggetriebeschaltvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Kegelbereiche (22, 23) der Synchronkegel (11, 12) in der Ausgangslage (18) zumindest teilweise überlappen.
Kraftfahrzeuggetriebeschaltvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Formschlusskonturen (13, 14) der Synchronkegel (11, 12) zumindest teilweise rampenförmig ausgebildet sind.
Kraftfahrzeuggetriebeschaltvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Einstellelement (15, 16, 17) als ein Kraftspeicherelement ausgebildet ist, das dazu vorgesehen ist, bei Verlassen der Ausgangslage (18) selbstständig eine Rückstellkraft bereitzustellen.
Kraftfahrzeuggetriebeschaltvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftspeicherelement dazu vorgesehen ist, eine auf die Synchronkegel (11, 12) wirkende Zugkraft bereitzustellen.
Kraftfahrzeuggetriebeschaltvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftspeicherelement als eine Zugfeder ausgebildet ist, die wirkungsmäßig zwischen den beiden Synchronkegeln (11, 12) angeordnet ist.
Kraftfahrzeuggetriebeschaltvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Synchronkegel (11) für eine große Getriebeübersetzung und der andere Synchronkegel (12) für eine kleine Getriebeübersetzung einer Rangegruppe vorgesehen ist.