DE102011081994A1

DE102011081994A1 - Synchronisiereinheit für ein Fahrzeugwechselgetriebe

Info

Publication number: DE102011081994A1
Application number: DE102011081994A
Authority: DE
Inventors: Jens Enders
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2011-09-01
Filing date: 2011-09-01
Publication date: 2013-03-07

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Synchronisiereinheit (1) für ein Fahrzeugwechselgetriebe mit wenigstens einem auf einer Getriebewelle (2) angeordneten Losrad (3, 4), welches mit einem einen Reibkegel (6, 6’) aufweisenden Kupplungskörper (5, 5’) drehfest verbunden ist, mit einem drehfest mit der Getriebewelle (2) verbundenen Synchronkörper (7), mit einer drehfest und axial verschiebbar auf dem Synchronkörper (7) angeordneten Schiebemuffe (8), mit einem zwischen dem Synchronkörper (7) und dem Reibkegel (6, 6’) angeordneten, gegenüber dem Synchronkörper (7) begrenzt verdrehbaren und mit dem Reibkegel (6, 6’) zusammenwirkenden Synchronring (9, 9’), und mit wenigstens einem in einer Ausnehmung (10) des Synchronkörpers (7) angeordneten, federbelasteten sowie mit einer Rastvertiefung (21) in der Schiebemuffe (8) zusammenwirkenden Druckstück (15) zum axialen Andrücken des Synchronrings (9, 9’) an den Reibkegel (6, 6’). Um die Gefahr des Nichteinrastens des Rastelements (16) in die Rastvertiefung (21) in der Schiebemuffe (8) beim Vorgang des Gangauslegens, die Gefahr des Ansynchronisierens an einem axial gegenüberliegenden zweiten Synchronring (9) und das Risiko des axialen Anlaufens des Druckstücks (15) am Synchronring (9) zu vermeiden ist vorgesehen, dass im Druckstück (15) ein radial verschiebbares, sich über eine Federanordnung (17, 18) im Druckstück (15) abstützendes, mit der Rastvertiefung (21) in der Schiebemuffe (8) zusammenwirkendes Rastelement (16) angeordnet ist, und dass die Ausnehmung (10) im Synchronkörper (7) in Umfangsrichtung verlaufende, Auflageflächen (12, 13; 12’, 13’) für das Druckstück (15) bildende Absätze (11, 11’) aufweist, wobei radial nach innen weisende Unterflächen (23) des Druckstücks (15) und/oder die Auflageflächen (12, 13; 12’, 13’) der Absätze (11, 11’) in Achsrichtung abgeschrägt oder ballig ausgeführt sind sowie ein Kippen des Druckstücks (15) beim Verschieben der Schiebemuffe (8) bewirken.

Description

Die Erfindung betrifft eine Synchronisiereinheit für ein Fahrzeugwechselgetriebe mit wenigstens einem auf einer Getriebewelle angeordneten Losrad, welches mit einem einen Reibkegel aufweisenden Kupplungskörper drehfest verbunden ist, mit einem drehfest mit der Getriebewelle verbundenen Synchronkörper, mit einer drehfest und axial verschiebbar auf dem Synchronkörper angeordneten Schiebemuffe, mit einem zwischen dem Synchronkörper und dem Reibkegel angeordneten, gegenüber dem Synchronkörper begrenzt verdrehbaren und mit dem Reibkegel zusammenwirkenden Synchronring, und mit wenigstens einem in einer Ausnehmung des Synchronkörpers angeordneten, federbelasteten sowie mit einer Rastvertiefung in der Schiebemuffe zusammenwirkenden Druckstück zum axialen Andrücken des Synchronrings an den Reibkegel.
Eine Synchronisiereinrichtung dieser Art ist aus der DE 199 29 941 A1 bekannt. Der Zweck und die Wirkungsweise einer derartigen Synchronisiereinheit für ein Fahrzeugwechselgetriebe sind in dieser Druckschrift ausführlich beschrieben, deren Inhalt hier vollständig zum Gegenstand der Offenbarung gemacht ist. Bei dieser Synchronisiereinheit nach dem Prinzip von Borg-Warner erfolgt in einer ersten Phase des Synchronisiervorganges das Ansynchronisieren. Hierbei wird die Schiebemuffe durch eine von außen eingeleitete Axialkraft aus der Neutrallage in Richtung des Synchronringes bewegt. Das Druckstück wird durch das Zusammenwirken mit der Rastvertiefung in der Schiebemuffe entlang einer ebenen Auflagefläche am Synchronkörper mitbewegt. Sobald das Spiel zwischen dem Druckstück und dem Synchronring aufgebraucht ist, beginnt der Synchronisiervorgang, d. h. die Drehzahlangleichung zwischen einer Getriebewelle und einem auf dieser Getriebewelle angeordneten Losrad, während dem die Schiebemuffe gegen ein Weiterschieben gesperrt ist. Nach Beendigung dieses Synchronvorganges lässt sich die Schiebemuffe weiter in Richtung zum Kupplungskörper verschieben. Das Rastelement im Druckstück, das nun an dem Synchronring anliegt, wird aus der Rastvertiefung in der Schiebemuffe herausgedrückt und dann von der Schiebemuffe axial überschoben.
Beim Gangauslegen wird die Schiebemuffe durch eine von außen eingeleitete Axialkraft wieder in die Neutrallage zurückbewegt. Hierbei wird das noch axial überschobene Druckstück aufgrund von Reibung mit der Schiebemuffe von dieser axial mitgenommen und stützt sich anschließend am gegenüberliegenden zweiten Synchronring ab, wodurch dieser unbeabsichtigt ansynchronisiert wird. Dabei ist das Rastelement noch nicht in die Rastvertiefung der Schiebemuffe eingerastet, was jedoch zwingend erforderlich ist, wenn sich die Schiebemuffe wieder in der Neutralposition befindet, da andernfalls die Gefahr besteht, dass der nächste Synchronvorgang ohne eine Ansynchronisierkraft eingeleitet wird.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei einer Synchronisiereinheit der eingangs erwähnten Art zu erreichen, dass das Rastelement im Druckstück beim Gangauslegen sicher wieder in die Rastvertiefung in der Schiebemuffe einrastet, kein Ansynchronisieren am gegenüberliegenden Synchronring auftritt und ein Anlaufen des Synchronrings am Reibkegel verhindert wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung aus von einer Synchronisiereinheit für ein Fahrzeugwechselgetriebe mit wenigstens einem auf einer Getriebewelle angeordneten Losrad, welches mit einem einen Reibkegel aufweisenden Kupplungskörper drehfest verbunden ist, mit einem drehfest mit der Getriebewelle verbundenen Synchronkörper, mit einer drehfest und axial verschiebbar auf dem Synchronkörper angeordneten Schiebemuffe, mit einem zwischen dem Synchronkörper und dem Reibkegel angeordneten, gegenüber dem Synchronkörper begrenzt verdrehbaren und mit dem Reibkegel zusammenwirkenden Synchronring, und mit wenigstens einem in einer Ausnehmung des Synchronkörpers angeordneten, federbelasteten sowie mit einer Rastvertiefung in der Schiebemuffe zusammenwirkenden Druckstück zum axialen Andrücken des Synchronrings an den Reibkegel.
Um die Gefahr des Nichteinrastens des Rastelements in die Rastvertiefung in der Schiebemuffe beim Vorgang des Gangauslegens, die Gefahr des Ansynchronisierens an einem axial gegenüberliegenden zweiten Synchronring und das Risiko des axialen Anlaufens des Druckstücks am Synchronring zu vermeiden, ist vorgesehen, dass im Druckstück ein radial verschiebbares, sich über eine Federanordnung im Druckstück abstützendes sowie mit der Rastvertiefung in der Schiebemuffe zusammenwirkendes Rastelement angeordnet ist, und dass die Ausnehmung im Synchronkörper in Umfangsrichtung verlaufende Absätze aufweist, die Auflageflächen für das Druckstück bilden, wobei radial nach innen weisende Unterflächen des Druckstücks und/oder die Auflageflächen der Absätze in Achsrichtung abgeschrägt oder ballig ausgebildet sind sowie ein Kippen des Druckstücks beim Verschieben der Schiebemuffe bewirken.
Durch die Konturierung der Auflagefläche am Synchronkörper für das Druckstück ergibt sich zu Beginn des Gangauslegens eine Axialkraft, die das Druckstück zunächst seine Stellung beibehalten und anschließend in die Rastvertiefung der Schiebemuffe einrasten lässt. Danach lässt sich das Druckstück entsprechend der Bewegung der Schiebemuffe in die Neutrallage führen. Auf diese Weise wird ein sicheres Wiedereinrasten des Rastelements des Druckstücks in die Rastvertiefung der Schiebemuffe durch die aus der konturierten Auflagefläche im Synchronkörper resultierende Axialkraftkomponente erreicht. Die Gefahr des Ansynchronisierens am gegenüberliegenden zweiten Synchronring und das axiale Anlaufen des Druckstücks am Synchronring sowie dessen Anlaufen am Reibkegel des Kupplungskörpers werden dadurch mit großer Sicherheit vermieden. Dieser Effekt lässt sich auch dadurch zielen, wenn die radial nach innen weisende Unterseite des Druckstücks solche schrägen Auflageflächen aufweist, die ein Kippen desselben bei einem Verschieben der Schiebemuffe bewirken.
Um eine eindeutige Neutralstellung in der Mittellage der Schiebemuffe für das Druckstück zu definieren, können die Auflageflächen der Absätze einen achsparallelen Bereich und wenigstens einen in Achsrichtung abgeschrägten Bereich aufweisen. Dabei können die Auflageflächen der Absätze vorzugsweise aus einem mittleren, achsparallelen Bereich und beiderseits je einem in Achsrichtung abgeschrägten Bereich bestehen, wenn beiderseits des Synchronkörpers je ein Losrad und je ein zugehöriger Synchronring angeordnet sind.
Das Druckstück kann quaderförmig ausgebildet und mit geringem Umfangsspiel in die Ausnehmung im Synchronkörper radial außerhalb der Absätze eingepasst sein, sowie einen mittigen, hohlen, in die Ausnehmung zwischen den Absätzen ragenden Fortsatz mit darin angeordneter Druckfeder und als Kugel ausgebildetem Rastelement aufweisen.
Für eine flächige Anlage des Druckstücks am Synchronring kann ein Bereich einer zum jeweiligen Synchronring gewandten Seitenfläche des Druckstücks angeschrägt ausgebildet sein.
Vorzugsweise können drei Druckstücke in drei gleichmäßig auf dem Umfang des Synchronkörpers verteilten Ausnehmungen angeordnet sein, die ein gleichmäßiges Ansynchronisieren bewirken.
Die Erfindung wird nachstehend anhand einer in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform weiter erläutert. In dieser zeigt
1 einen Synchronkörper in perspektivischer Darstellung mit einem in eine von drei Ausnehmungen eingesetzten Druckstück,
2 eine vergrößerte, perspektivische Darstellung einer Ausnehmung des Synchronkörpers gemäß 1, in die sich das Druckstück einsetzen lässt,
3 einen Teilschnitt durch eine Synchronisiereinheit in der Neutralstellung,
4 einen Teilschnitt durch eine Synchronisiereinheit in der Stellung des Ansynchronisierens, und
5 einen Teilschnitt einer Synchronisiereinheit in der Kuppelstellung der Schiebemuffe mit einem Kupplungskörper an einem Losrad.
Ein in 1 perspektivisch dargestellter Synchronkörper 7 weist auf seinem Umfang eine Außenverzahnung 14 auf, mit der eine Innenverzahnung einer in den 3 bis 5 dargestellten Schiebemuffe 8 in Eingriff steht, so dass die Schiebemuffe 8 mit dem Synchronkörper 7 drehfest, aber axial verschiebbar verbunden ist. Der Synchronkörper 7 weist drei gleichmäßig über seinem Umfang verteilt ausgebildete Ausnehmungen 10 auf, die Absätze 11, 11’ mit Auflageflächen 12, 12’, 13, 13’ aufweisen. Diese Auflageflächen sind an jedem Absatz 11, 11’ als ein mittlerer, achsparalleler Bereich 12, 12’ und als zwei in Achsrichtung abgeschrägte Bereiche 13, 13’ ausgebildet.
In jeder der Ausnehmungen 10 ist ein Druckstück 15 angeordnet, das im Wesentlichen quaderförmig geformt ist, mit zwei Seitenflächen im Bereich der Absätze 11, 11’ mit geringem Umfangsspiel geführt ist und in der in 3 dargestellten Neutralstellung der Synchronisiereinheit 1 mit seiner radial nach innen weisenden Unterfläche 23 auf dem mittleren, achsparallelen Bereich 12, 12’ der Auflageflächen der beiden Absätze 11, 11’ aufliegt.
Das als Kugel ausgebildete Rastelement 16 ist in einer Bohrung des Druckstücks 15 geführt und durch eine Druckfeder 18 mit einer Federkraft beaufschlagt, die in einem im Wesentlichen mittigen, hohlen Fortsatz 17 angeordnet ist, der an dem dem Rastelement 16 entgegengesetzten Ende eine Abstützung 22 für die Druckfeder 18 aufweist. Erkennbar ragt der hohle Fortsatz 17 über die Unterfläche 23 des Druckstücks 15 radial hinaus.
Das Druckstück 15 weist senkrecht zur Längsachse der Synchronisiereinheit 1 und benachbart zu den beiden Synchronringen 9, 9’ zwei gegenüberliegende, parallel und radial ausgerichtete Seitenflächen 19 sowie daran anschließend radial nach außen weisende abgeschrägte Bereiche 20 auf.
Aus den 3 bis 5 ist die Wirkungsweise der Synchronisiereinheit 1 für ein Fahrzeugwechselgetriebe ersichtlich.
Auf einer nur in 3 dargestellten Getriebewelle 2 sind ein Synchronkörper 7 drehfest sowie zwei gegenüberliegende Losräder 3, 4 drehbar angeordnet. An jedem der Losräder 3, 4 ist jeweils ein Kupplungskörper 5 drehfest befestigt, die jeweils einen Reibkegel 6, 6’ aufweisen. Mit den Reibkegeln 6, 6’ wirken Synchronringe 9, 9’ zusammen, die in der in 3 gezeigten Neutralstellung ein geringes Spiel gegenüber den Reibkegeln 6, 6’ aufweisen. Die Synchronringe 9, 9’ sind gegenüber dem Synchronkörper 7 begrenzt verdrehbar, um, wie in der DE 199 29 941 A1 erläutert, beim Ansynchronisieren das axiale Überschieben der Schiebemuffe 8 zu verhindern, bis Gleichlauf zwischen der Getriebewelle 2 und dem zu schaltenden Losrad 3 bzw. 4 erreicht ist.
Das Druckstück 15 stützt sich in der in 3 dargestellten Neutralstellung mit seiner radial nach innen weisenden Unterfläche 23 auf den mittleren, achsparallelen Bereichen 12, 12’ der Auflagefläche der Absätze 11, 11’ ab, da die Druckfeder 18 im hohlen Fortsatz 17 das als Kugel ausgebildete Rastelement 16 in die Rastvertiefung 21 in der Schiebemuffe 8 drückt und somit auf das Druckstück 15 eine radial nach innen gerichtete Kraft wirkt.
Soll ein Gang eingelegt werden, indem beispielsweise, wie in 4 dargestellt, die Schiebemuffe 8 in Richtung zum Losrad 3 bewegt wird, so wird das Druckstück 15 durch das als Kugel ausgebildete, in die Rastvertiefung 21 durch die Druckfeder 18 eingerastete Rastelement 16 mitgenommen und gleitet vom mittleren, achsparallelen Bereich 12, 12’ der Auflagefläche über den in Achsrichtung abgeschrägten Bereich 13, 13’ der Auflagefläche und führt dabei die in 4 dargestellte Kippbewegung aus. Dabei gelangt der angeschrägte Bereich 20 der Seitenfläche 19 des Druckstücks 15 zur flächigen Anlage an den Synchronring 9’ und bewirkt durch die Übertragung einer Axialkraft auf den Synchronring 9’ einen Reibschluss zwischen dem Synchronring 9’ und dem Reibkegel 6’. Durch diesen Reibschluss wird der Synchronring 9’ geringfügig gegenüber dem Synchronkörper 7 verdreht und blockiert ein Weiterschieben der Schiebemuffe 8 in Richtung zum Kupplungskörper 5, bis Drehzahlgleichheit zwischen dem Losrad 3 und der Getriebewelle 2 erreicht ist. Erst dann lässt sich die Schiebemuffe 8 in die in 5 dargestellte Stellung zur Kupplung mit dem Kupplungskörper 5 verschieben.
Zum Gangauslegen wird die Schiebemuffe 8 wieder in Richtung zu der in 3 dargestellten Neutralstellung bewegt. Durch die zwischen der Schiebemuffe 8 und dem Rastelement 16 wirkenden Axialkraft verbleibt das Druckstück 15 über einen gewissen Verschiebeweg der Schiebemuffe 8 in der in den 4 und 5 gezeigten gekippten Stellung. Dabei stützt sich das Druckstück 15 an dem abgeschrägten Bereich 13, 13’ der Auflagefläche des Synchronkörpers 7 solange ab, bis das Rastelement 16 in der in 4 dargestellten Stellung wieder in die Rastvertiefung 21 einrastet. Erst dann wird das Druckstück 15 in die in 3 dargestellte Stellung zurückgekippt, so dass es mit seiner Unterfläche 23 wieder auf den mittleren, achsparallelen Bereichen 12 der Auflagefläche der Absätze 11, 11’ aufliegt.
Durch die Gestaltung der Auflageflächen für das Druckstück 15 in der Ausnehmung 10 des Synchronkörpers 7 mit den mittleren, achsparallelen Bereichen 12, 12’ und den axial beiderseits vorgesehenen, in Achsrichtung abgeschrägten Bereichen 13, 13’ wird ein sicheres Wiedereinrasten des Rastelements 16 des Druckstücks 15 in die Rastvertiefung 21 der Schiebemuffe 8 erreicht. Außerdem wird ein Ansynchronisieren am gegenüberliegenden zweiten Synchronring 9 verhindert, und ein axiale Anlaufen des Druckstücks 15 am Synchronring 9, 9’ kann nicht eintreten. Statt der Auflageflächen mit abgeschrägten Bereichen sind auch ballig geformte brauchbar, vorzugsweise mit einem mittleren, planen Bereich.
Bezugszeichenliste

1: Synchronisiereinheit
2: Getriebewelle
3: Losrad
4: Losrad
5, 5’: Kupplungskörper
6, 6’: Reibkegel
7: Synchronkörper
8: Schiebemuffe
9, 9’: Synchronring
10: Ausnehmung
11, 11’: Absätze
12, 12’: Mittlerer, achsparalleler Bereich, Auflagefläche
13, 13’: In Achsrichtung abgeschrägter Bereich, Auflagefläche
14: Außenverzahnung
15: Quaderförmiges Druckstück
16: Rastelement
17: Hohler Fortsatz
18: Druckfeder
19: Seitenfläche
20: Angeschrägter Bereich
21: Rastvertiefung
22: Abstützung
23: Unterfläche des Druckstücks

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19929941 A1 [0002, 0023]

Claims

Synchronisiereinheit (1) für ein Fahrzeugwechselgetriebe mit wenigstens einem auf einer Getriebewelle (2) angeordneten Losrad (3, 4), welches mit einem einen Reibkegel (6, 6’) aufweisenden Kupplungskörper (5, 5’) drehfest verbunden ist, mit einem drehfest mit der Getriebewelle (2) verbundenen Synchronkörper (7), mit einer drehfest und axial verschiebbar auf dem Synchronkörper (7) angeordneten Schiebemuffe (8), mit einem zwischen dem Synchronkörper (7) und dem Reibkegel (6, 6’) angeordneten, gegenüber dem Synchronkörper (7) begrenzt verdrehbaren und mit dem Reibkegel (6, 6’) zusammenwirkenden Synchronring (9, 9’), und mit wenigstens einem in einer Ausnehmung (10) des Synchronkörpers (7) angeordneten, federbelasteten sowie mit einer Rastvertiefung (21) in der Schiebemuffe (8) zusammenwirkenden Druckstück (15) zum axialen Andrücken des Synchronrings (9, 9’) an den Reibkegel (6, 6’), dadurch gekennzeichnet, dass im Druckstück (15) ein radial verschiebbares, sich über eine Federanordnung (17, 18) im Druckstück (15) abstützendes, mit der Rastvertiefung (21) in der Schiebemuffe (8) zusammenwirkendes Rastelement (16) angeordnet ist, und dass die Ausnehmung (10) im Synchronkörper (7) in Umfangsrichtung verlaufende, Auflageflächen (12, 13; 12’, 13’) für das Druckstück (15) bildende Absätze (11, 11’) aufweist, wobei radial nach innen weisende Unterflächen (23) des Druckstücks (15) und/oder die Auflageflächen (12, 13; 12’, 13’) der Absätze (11, 11’) in Achsrichtung abgeschrägt oder ballig ausgeführt sind sowie ein Kippen des Druckstücks (15) beim Verschieben der Schiebemuffe (8) bewirken.
Synchronisiereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflageflächen (12, 13; 12’, 13’) der Absätze (11, 11’) aus einem achsparallelen Bereich (12, 12’) und wenigstens einem in Achsrichtung abgeschrägten Bereich (13, 13’) bestehen.
Synchronisiereinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass beiderseits des Synchronkörpers (7) je ein Losrad (3, 4) und je ein zugehöriger Synchronring (9, 9’) angeordnet sind, und dass die Auflageflächen (12, 13; 12’, 13’) der Absätze (11, 11’) aus einem mittleren, achsparallelen Bereich (12, 12’) und beiderseits je einem in Achsrichtung abgeschrägten Bereich (13, 13’) bestehen.
Synchronisiereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckstück (15) quaderförmig ausgebildet und mit geringem Umfangsspiel in die Ausnehmung (10) im Synchronkörper (7) radial außerhalb der Absätze (11, 11’) eingepasst ist, und dass das Druckstück (15) einen mittigen, hohlen, in die Ausnehmung (10) zwischen den Absätzen (11, 11’) ragenden Fortsatz (17) mit darin angeordneter Druckfeder (18) und als Kugel ausgebildetem Rastelement (16) aufweist.
Synchronisiereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bereich (20) einer zum Synchronring (9) gewandten Seitenfläche (19) des Druckstücks (15) angeschrägt ist.
Synchronisiereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass drei Druckstücke (15) in drei gleichmäßig über den Umgang des Synchronkörpers (7) verteilte Ausnehmungen (10) angeordnet sind.