DE102012010936A1

DE102012010936A1 - Mehrfachsynchronisationsbaugruppe eines Schaltgetriebes und Schaltgetriebe

Info

Publication number: DE102012010936A1
Application number: DE201210010936
Authority: DE
Inventors: Ottmar Back
Original assignee: Hoerbiger Antriebstechnik Holding GmbH
Current assignee: Hoerbiger Antriebstechnik Holding GmbH
Priority date: 2012-06-01
Filing date: 2012-06-01
Publication date: 2013-12-05
Also published as: CN103453043A; FR2991417A1; CN103453043B; FR2991417B1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Mehrfachsynchronisationsbaugruppe (12) eines Schaltgetriebes (10), mit einem um eine Getriebeachse (A) drehbaren ersten Konusring (14), der axiale Vorsprünge (16) aufweist, welche in Umfangsrichtung (42) durch erste Kontaktflächen (44) begrenzt sind, sowie einem um die Getriebeachse (A) drehbaren zweiten Konusring (18), der Aussparungen (20) aufweist, welche in Umfangsrichtung (42) durch zweite Kontaktflächen (46) begrenzt sind, wobei jeder Vorsprung (16) des ersten Konusrings (14) in eine zugeordnete Aussparung (20) des zweiten Konusrings (18) eingreift. Die ersten Kontaktflächen (44) erstrecken sich jeweils parallel zur Getriebeachse (A) und die zweiten Kontaktflächen (46) jeweils geneigt zur Getriebeachse (A) oder umgekehrt. Der erste Konusring (14) und der zweite Konusring (18) sind relativ zueinander axial bewegbar. In einer axialen Synchronisationsstellung stützen sich die beiden Konusringe (14, 18) in Umfangsrichtung (42) an den zur Getriebeachse (A) geneigten Kontaktflächen (46, 44) ab. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Schaltgetriebe.

Description

Die Erfindung betrifft eine Mehrfachsynchronisationsbaugruppe eines Schaltgetriebes, mit einem um eine Getriebeachse drehbaren ersten Konusring, der axiale Vorsprünge aufweist, welche in Umfangsrichtung durch erste Kontaktflächen begrenzt sind, sowie einem um die Getriebeachse drehbaren zweiten Konusring, der Aussparungen aufweist, welche in Umfangsrichtung durch zweite Kontaktflächen begrenzt sind, wobei jeder Vorsprung des ersten Konusrings in eine zugeordnete Aussparung des zweiten Konusrings eingreift, sodass in Umfangsrichtung jeweils eine erste Kontaktfläche des ersten Konusrings an eine zweite Kontaktfläche des zweiten Konusrings angrenzt und eine Relativdrehung der beiden Konusringe zueinander durch die Kontaktflächen begrenzt ist. Darüber hinaus betrifft die Erfindung auch ein Schaltgetriebe mit einer solchen Mehrfachsynchronisationsbaugruppe.
Schaltgetriebe, insbesondere Schaltmuffengetriebe für Fahrzeuge, sind aus dem Stand der Technik bekannt und üblicherweise als Synchrongetriebe mit einer Synchronisationsbaugruppe ausgebildet. Ist ein Gang eingelegt, so ist bei derartigen Getrieben ein mit einer Getriebewelle drehfest verbundener Synchronkörper über eine axial verschiebliche Schaltmuffe drehfest mit einem Gangrad gekoppelt. Soll nun in einen anderen Gang geschaltet werden, sorgt die Synchronisationsbaugruppe zunächst für eine Angleichung der Drehzahlen des Synchronkörpers und des jeweiligen Gangrads, bevor sie eine Kopplung über die Schaltmuffe zulässt.
Die Synchronisationsbaugruppe umfasst in der Regel wenigstens einen Konusring, der sich mit dem Synchronkörper des Schaltgetriebes in Eingriff befindet und beim Schaltvorgang eine Reibverbindung mit demjenigen Gangrad ausbildet, das dem gewünschten Gang zugeordnet ist, um zwischen dem Synchronkörper und dem Gangrad eine Drehzahlsynchronisierung zu erreichen.
Aus dem Stand der Technik sind bereits Synchronisationsbaugruppen mit einfacher Synchronisation, also einem Konusring, und mehrfacher Synchronisation, also mehreren ineinanderliegenden Konusringen, bekannt. Aufgrund der konisch zulaufenden Form der Synchron- oder Konusringe werden diese Synchronisationsbaugruppen auch Einfachkegelsysteme bzw. Mehrfachkegelsysteme genannt.
Insbesondere bei großen Drehzahldifferenzen und/oder großen Trägheitsmomenten, zum Beispiel beim Schalten in niedrigen Gängen, werden Mehrfachsynchronisationsbaugruppen eingesetzt, da sich mit diesen eine schnellere Drehzahlangleichung realisieren lässt. Bei Mehrfachsynchronisationsbaugruppen ist es derzeit üblich, zwei mit dem Synchronkörper verbundene Konusringe in Umfangsrichtung miteinander zu koppeln, indem abgewinkelte Laschen des einen Konusrings in Ausnehmungen des anderen Konusrings ragen. Radial zwischen den miteinander gekoppelten Konusringen liegt ein weiterer, mit dem Gangrad verbundener Konusring.
Eine solche Mehrfachsynchronisationsbaugruppe ist beispielsweise in der gattungsgemäßen US 5,135,087 A beschrieben, wobei die Kontaktflächen der Laschen und Ausnehmungen in dieser Druckschrift relativ zu einer Getriebeachse geneigt sind und sogenannte „Servoschrägen” bilden. Dadurch kann die Energie aus einem Drehmoment der miteinander gekoppelten, aber begrenzt zueinander verdrehbaren Konusringe genutzt werden, um die über einen Schalthebel des Schaltgestänges auf die Mehrfachsynchronisationsbaugruppe aufgebrachte Schaltkraft zu verstärken.
Synchrongetriebe mit einer solchen Schaltkraftverstärkung werden im Stand der Technik auch als Schaltgetriebe mit Servo-Synchronisierung bezeichnet.
Die aus dem Drehmoment der miteinander gekoppelten Konusringe resultierende Axialkraft bewirkt oder verstärkt eine Reibverbindung zwischen den Konusringen. Dies ist bei einem Schaltvorgang äußerst vorteilhaft, da mit einer vergleichsweise geringen Schaltkraft eine rasche Drehzahlsynchronisierung erfolgt und der gewünschte Gang entsprechend schnell eingelegt werden kann. Diese „Servo-Unterstützung” wird im Stand der Technik allerdings auch durch sogenannte Schleppmomente, das heißt unbeabsichtigte Reibverbindungen zwischen den Konusringen, hervorgerufen, was zu einer unerwünschten Verstärkung der Schleppmomente und einem erhöhten Verschleiß bis hin zu einem Versagen der Synchronisierung führen kann.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Mehrfachsynchronisationsbaugruppe zu schaffen, bei der zwar zum Gangwechsel aufgebrachte Schaltkräfte, nicht aber in der Mehrfachsynchronisationsbaugruppe auftretende Schleppmomente verstärkt werden.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Mehrfachsynchronisationsbaugruppe der eingangs genannten Art, bei der sich die ersten Kontaktflächen jeweils parallel zur Getriebeachse und die zweiten Kontaktflächen jeweils geneigt zur Getriebeachse erstrecken, oder umgekehrt, wobei der erste Konusring und der zweite Konusring relativ zueinander axial bewegbar sind und eine axiale Neutralstellung einnehmen können, in welcher sich die beiden Konusringe in Umfangsrichtung an den zur Getriebeachse parallelen Kontaktflächen abstützen, sowie eine axiale Synchronisationsstellung, in welcher sich die beiden Konusringe in Umfangsrichtung an den zur Getriebeachse geneigten Kontaktflächen abstützen.
Die Konusringe werden nur durch eine axiale Schaltkraft in ihre Synchronisationsstellung bewegt und verbleiben ansonsten in ihrer axialen Neutralstellung. Wird nun zum Gangwechsel eine axiale Schaltkraft aufgebracht, so stützen sich die Konusringe in der axialen Synchronisationsstellung an den zur Getriebeachse geneigten Kontaktflächen ab, sodass eine gewünschte axiale Verstärkungskraft generiert wird. Ist hingegen kein Gangwechsel gewünscht, so wirkt auch keine axiale Schaltkraft, und die Konusringe verbleiben in ihrer Neutralstellung. Kommt es nun in dieser axialen Neutralstellung zu Schleppmomenten, so stützen sich die beiden Konusringe in Umfangsrichtung an den zur Getriebeachse parallelen Kontaktflächen ab, sodass keine axiale Verstärkungskraft generiert wird. Durch die beschriebene Geometrie der Vorsprünge bzw. Aussparungen in den beiden Konusringen werden auf einfache und vorteilhafte Weise zwar zum Gangwechsel aufgebrachte Schaltkräfte, nicht aber unerwünschte Schleppmomente verstärkt.
In einer Ausführungsform der Mehrfachsynchronisationsbaugruppe erstrecken sich die ersten Kontaktflächen jeweils parallel zur Getriebeachse, und die zweiten Kontaktflächen sind jeweils so geneigt, dass sich die Aussparungen im zweiten Konusring jeweils in axialer Richtung zum ersten Konusring hin verjüngen.
In einer alternativen Ausführungsform erstrecken sich die zweiten Kontaktflächen jeweils parallel zur Getriebeachse, und die ersten Kontaktflächen sind jeweils so geneigt, dass sich die axialen Vorsprünge im ersten Konusring jeweils in axialer Richtung zu ihrem freien Ende hin aufweiten.
Vorzugsweise ist eine Federeinrichtung vorgesehen, welche die beiden Konusringe in ihre axiale Neutralstellung beaufschlagt. Dadurch wird sichergestellt, dass sich die Konusringe in ihrer axialen Neutralstellung befinden, wenn keine axiale Schaltkraft wirkt. Derartige Federeinrichtungen sind bereits in unterschiedlichen Ausführungsformen aus dem Stand der Technik bekannt, beispielsweise aus der DE 10 2006 023 098 B3 .
Ferner kann zwischen einer ersten Kontaktfläche und einer angrenzenden zweiten Kontaktfläche ein bewegliches Anschlagelement vorgesehen sein, wobei die Konusringe eine Kopplungsposition einnehmen können, in der sich die beiden Konusringe in Umfangsrichtung aneinander abstützen, wobei das Anschlagelement in der Kopplungsposition federnd ausgelenkt ist und die beiden Konusringe in Umfangsrichtung voneinander weg beaufschlagt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Mehrfachsynchronisationsbaugruppe sind die Konusringe jeweils einstückig ausgebildet. Dies reduziert die Anzahl der Einzelbauteile und vereinfacht das Zusammensetzen der Mehrfachsynchronisationsbaugruppe.
Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe jedoch auch durch eine Mehrfachsynchronisationsbaugruppe der eingangs genannten Art gelöst, bei der ein Konusring mehrteilig ausgeführt ist und einen Grundkörper sowie bewegliche Anschlagelemente umfasst, welche die ersten oder zweiten Kontaktflächen bilden, wobei sich die durch die beweglichen Anschlagelemente gebildeten Kontaktflächen in einer Grundstellung der Anschlagelemente jeweils parallel zur Getriebeachse und in einer federnd ausgelenkten Stellung der Anschlagelemente jeweils geneigt zur Getriebeachse erstrecken. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass die Anschlagelemente jeweils durch eine Federkraft in ihre Grundstellung beaufschlagt sind.
Vorzugsweise stützen sich die Anschlagelemente in ihrer federnd ausgelenkten Stellung jeweils am Grundkörper des mehrteiligen Konusrings ab. Wird nun zum Gangwechsel eine axiale Schaltkraft aufgebracht, so ist das zwischen dem ersten und zweiten Konusring entstehende Drehmoment groß genug, um die Anschlagelemente in ihre federnd ausgelenkte Stellung zu bewegen. In der federnd ausgelenkten Stellung sind die Anschlagelemente zur Getriebeachse geneigt und stützen sich am Grundkörper des Konusrings ab, sodass eine axiale Verstärkungskraft entsteht. Die in Umfangsrichtung bzw. tangentialer Richtung wirkende Federkraft der Anschlagelemente ist allerdings so groß gewählt, dass die Anschlagelemente bei üblichen Schleppmomenten ein Moment erzeugen, welches dem Schleppmoment entgegenwirkt und dieses kompensiert. Die federnd ausgelenkte Stellung, in der sich die Anschlagelemente geneigt zur Getriebeachse erstrecken und am Grundkörper abstützen, wird nicht erreicht. Somit entsteht auch keine axiale Verstärkungskraft, welche das Schleppmoment in unerwünschter Weise verstärken würde.
In einer Ausführungsform der Mehrfachsynchronisationsbaugruppe ist der erste Konusring mehrteilig ausgeführt, wobei über wenigstens einen axialen Vorsprung des Grundkörpers eine Federeinheit gestülpt ist, die zwei bewegliche Anschlagelemente umfasst, wobei die beiden Anschlagelemente in Umfangsrichtung entgegengesetzte erste Kontaktflächen des axialen Vorsprungs bilden.
Die Federeinheit kann dabei insbesondere ein einstückiger Körper mit zwei abstehenden Schenkeln sein, welche die Anschlagelemente bilden. Eine solche Federeinheit lässt sich mit geringem Aufwand als vorgefertigte Baugruppe herstellen und am Grundkörper des ersten Konusrings befestigen. Hierzu wird die Federeinheit einfach über einen axialen Vorsprung des Grundkörpers gestülpt und anschließend fixiert, beispielsweise verschweißt.
Vorzugsweise umfasst die Mehrfachsynchronisationsbaugruppe einen um die Getriebeachse drehbaren, dritten Konusring, der radial zwischen dem ersten Konusring und dem zweiten Konusring angeordnet ist und sowohl mit dem ersten Konusring als auch mit dem zweiten Konusring einen Reibkontakt ausbilden kann.
Die Mehrfachsynchronisationsbaugruppe kann ferner einen um die Getriebeachse drehbaren Synchronkörper aufweisen, der auf einer Getriebewelle drehfest angebracht ist, wobei der erste Konusring oder der zweite Konusring mit dem Synchronkörper und der dritte Konusring mit einem Gangrad des Schaltgetriebes formschlüssig und drehmomentübertragend verbunden sind.
Vorzugsweise ist an einen der Konusringe eine Sperrverzahnung angeformt. Durch diese Sperrverzahnung lässt sich vor einer Drehzahlsynchronisierung auf einfache Art und Weise ein Durchschalten der Schaltmuffe verhindern. Hierzu ist die Sperrverzahnung insbesondere an einen radial äußeren Konusring angeformt.
Die zur Getriebeachse geneigten Kontaktflächen sind vorzugsweise ebene Kontaktflächen, welche mit der Axialrichtung jeweils einen vorbestimmten Winkel einschließen. Dieser vorbestimmte Winkel beeinflusst maßgeblich die Größe der axialen Verstärkungs- bzw. Servokraft.
Schließlich umfasst die Erfindung auch ein Schaltgetriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem Synchronkörper, der auf einer Getriebewelle drehfest angebracht und um die Getriebeachse drehbar ist, einer Schaltmuffe, die relativ zum Synchronkörper drehfest, aber axial verschieblich angeordnet ist, wenigstens einem Gangrad, das über die Schaltmuffe drehfest mit dem Synchronkörper verbunden werden kann, und einer oben beschriebenen Mehrfachsynchronisationsbaugruppe, die eine axiale Verschiebung der Schaltmuffe zu dem wenigstens einen Gangrad hin sperren oder freigeben kann. Dieses Schaltgetriebe weist somit eine Servosynchronisierung auf, bei der Schleppmomente nicht verstärkt werden, eine axiale Schaltkraft jedoch durch eine aus dem Drehmoment zwischen den Konusringen generierte, axiale Verstärkungskraft unterstützt wird.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. In diesen zeigen:
1 eine perspektivische Explosionsansicht eines Schaltgetriebes mit einer Mehrfachsynchronisationsbaugruppe gemäß dem Stand der Technik;
2 einen Detailschnitt durch eine erfindungsgemäße Mehrfachsynchronisationsbaugruppe im Kopplungsbereich eines ersten und zweiten Konusrings;
3 einen schematischen Tangentialschnitt X-X durch eine Ausführungsform der Mehrfachsynchronisationsbaugruppe gemäß 2 in einer axialen Neutralstellung;
4 den schematischen Tangentialschnitt X-X gemäß 3 in einer axialen Synchronisationsstellung;
5 einen schematischen Tangentialschnitt X-X durch eine weitere Ausführungsform der Mehrfachsynchronisationsbaugruppe gemäß 2 in einer axialen Neutralstellung;
6 den schematischen Tangentialschnitt X-X gemäß 5 in einer axialen Synchronisationsstellung;
7 einen Detailschnitt durch eine erfindungsgemäße Mehrfachsynchronisationsbaugruppe im Kopplungsbereich eines ersten und zweiten Konusrings;
8 einen schematischen Tangentialschnitt X-X durch eine Ausführungsform der Mehrfachsynchronisationsbaugruppe gemäß 7 in einer axialen Neutralstellung;
9 den schematischen Tangentialschnitt X-X gemäß 8 in einer axialen Synchronisationsstellung;
10 einen schematischen Tangentialschnitt X-X durch eine weitere Ausführungsform der Mehrfachsynchronisationsbaugruppe gemäß 7 in einer axialen Neutralstellung; und
11 einen schematischen Tangentialschnitt X-X durch eine weitere Ausführungsform der Mehrfachsynchronisationsbaugruppe gemäß 7 in einer axialen Neutralstellung.
Die 1 zeigt ein Schaltgetriebe 10, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einer Mehrfachsynchronisationsbaugruppe 12' gemäß dem Stand der Technik.
Die Mehrfachsynchronisationsbaugruppe 12' des Schaltgetriebes 10 umfasst einen um eine Getriebeachse A drehbaren ersten Konusring 14', der axiale Vorsprünge 16' aufweist, sowie einen um die Getriebeachse A drehbaren zweiten Konusring 18', der Aussparungen 20' in einer axialen Stirnwand aufweist.
Im zusammengesetzten Zustand der Mehrfachsynchronisationsbaugruppe 12' greift jeder Vorsprung 16' des ersten Konusrings 14' so in eine zugeordnete Aussparung 20' des zweiten Konusrings 18' ein, dass eine Relativdrehung der beiden Konusringe 14', 18' zueinander durch die Vorsprünge 16' und die Aussparungen 20' begrenzt ist.
Ferner weist die Mehrfachsynchronisationsbaugruppe 12' einen um die Getriebeachse A drehbaren dritten Konusring 22 auf, der in radialer Richtung 23 zwischen dem ersten Konusring 14' und dem zweiten Konusring 18' angeordnet ist und sowohl mit dem ersten Konusring 14' als auch mit dem zweiten Konusring 18' einen Reibkontakt ausbilden kann (siehe auch 2).
Die Mehrfachsynchronisationsbaugruppe 12' weist außerdem einen Synchronkörper 24 auf, der auf einer Getriebewelle 26 drehfest angebracht und um die Getriebeachse A drehbar ist, wobei der zweite Konusring 18' mit dem Synchronkörper 24 und der dritte Konusring 22 mit einem Gangrad 28 des Schaltgetriebes 10 drehmomentübertragend verbunden ist.
Konkret ist der dritte Konusring 22 gemäß 1 formschlüssig und drehmomentübertragend mit einem Kupplungskörper 30 verbunden, der wiederum fest mit dem Gangrad 28 verbunden, beispielsweise verschweißt oder verpresst ist.
In einer alternativen Ausführungsform ist jedoch auch denkbar, dass statt des zweiten Konusrings 18' der erste Konusring 14' mit dem Synchronkörper 24 formschlüssig und drehmomentübertragend verbunden ist.
In 1 ist außerdem noch eine Schaltmuffe 32 zu sehen, die relativ zum Synchronkörper 24 drehfest, aber axial verschieblich angeordnet ist.
Das Gangrad 28 des Schaltgetriebes 10 lässt sich über die Schaltmuffe 32 drehfest mit dem Synchronkörper 24 verbinden, wobei die Mehrfachsynchronisationsbaugruppe 12' eine Axialverschiebung der Schaltmuffe 32 zum Gangrad 28 hin sperren oder freigeben kann.
Zu diesem Zweck ist an einen radial äußeren Konusring, im vorliegenden Ausführungsbeispiel also an den zweiten Konusring 18', eine Sperrverzahnung 34 angeformt, welche die axiale Verschiebung der Schaltmuffe 32 zum Gangrad 28 hin in bekannter Weise sperren oder freigeben kann. Gibt die Sperrverzahnung 34 des zweiten Konusrings 18' die axiale Verschiebung der Schaltmuffe 32 frei, so kann eine Innenverzahnung 36 der Schaltmuffe 32 in eine gangradseitige Schaltverzahnung 38 eingreifen. Die Schaltverzahnung 38 ist gemäß 1 am Kupplungskörper 30 angeformt, der wiederum fest mit dem Gangrad 28 verbunden ist.
Bei geschaltetem Gang greift die Innenverzahnung 36 der Schaltmuffe 32 sowohl in eine Außenverzahnung 40 des Synchronkörpers 24 als auch in die Schaltverzahnung 38 des Kupplungskörpers 30 ein. Somit ist die Getriebewelle 26 im Wesentlichen drehfest und formschlüssig mit dem Gangrad 28 verbunden. und der gewünschte Gang eingelegt.
Vor dem Einlegen des Gangs müssen die Drehzahlen der Getriebewelle 26 und des Gangrads 28 einander angeglichen werden, wozu gemäß 1 die oben beschriebene Mehrfachsynchronisationsbaugruppe 12' vorgesehen ist. Da deren prinzipielle Funktionsweise bereits aus dem Stand der Technik bekannt ist, wird hierzu auf weitere Erläuterungen verzichtet.
Die 1 verdeutlicht lediglich den allgemeinen Aufbau und die prinzipielle Funktionsweise von Schaltgetrieben 10, die eine Mehrfachsynchronisationsbaugruppe 12' aufweisen, wobei die konkrete, in 1 dargestellte Mehrfachsynchronisationsbaugruppe 12' aus dem Stand der Technik bekannt ist. Diese bekannte Mehrfachsynchronisationsbaugruppe 12' lässt sich jedoch problemlos durch eine erfindungsgemäße Mehrfachsynchronisationsbaugruppe 12 austauschen, indem die ersten und zweiten Konusringe 14', 18' gemäß 1 durch erste und zweite Konusringe 14, 18 gemäß den 2 bis 11 ersetzt werden, wobei sich an der prinzipiellen Konstruktion des Schaltgetriebes 10 sowie der Mehrfachsynchronisationsbaugruppe 12' nichts ändert. Diesbezüglich wird daher ausdrücklich auf die obige Beschreibung zu 1 verwiesen und im Folgenden lediglich auf konstruktive und funktionale Unterschiede eingegangen.
Einander entsprechende Bauteile tragen identische Bezugszeichen, wobei die Bezugszeichen von Bauteilen, die explizit dem Stand der Technik zuzuordnen sind, zusätzlich mit einem Strich versehen sind.
Die 2 bis 11 zeigen ein Schaltgetriebe 10 mit einer erfindungsgemäßen Mehrfachsynchronisationsbaugruppe 12, die Schaltkräfte F_S durch eine aus einem Drehmoment zwischen dem ersten Konusring 14 und dem zweiten Konusring 18 generierte axiale Verstärkungskraft F_V (siehe 4 und 6) unterstützt, zwischen den Konusringen 14, 18, 22 auftretende Schleppmomente hingegen nicht verstärkt.
Die 2 zeigt einen Detailausschnitt aus einem erfindungsgemäßen Schaltgetriebe 10 mit einer erfindungsgemäßen Mehrfachsynchronisationsbaugruppe 12 in einem Kopplungsbereich des ersten Konusrings 14 und des zweiten Konusrings 18.
Die 3 und 4 zeigen eine Ausführungsform der Mehrfachsynchronisationsbaugruppe 12, wobei in 3 ein Tangentialschnittdetail X-X gemäß 2 in einer axialen Neutralstellung des ersten und zweiten Konusrings 14, 18 und in 4 ein Tangentialschnittdetail X-X gemäß 2 in einer axialen Synchronisationsstellung des ersten und zweiten Konusrings 14, 18 dargestellt ist.
Analog zu 1 umfasst die Mehrfachsynchronisationsbaugruppe 12 des Schaltgetriebes 10 einen um die Getriebeachse A drehbaren ersten Konusring 14, der axiale Vorsprünge 16 aufweist, welche in Umfangsrichtung 42 durch erste Kontaktflächen 44 begrenzt sind, sowie einen um die Getriebeachse A drehbaren zweiten Konusring 18, der Aussparungen 20 aufweist, welche in Umfangsrichtung 42 durch zweite Kontaktflächen 46 begrenzt sind, wobei jeder Vorsprung 16 des ersten Konusrings 14 in eine zugeordneten Aussparung 20 des zweiten Konusrings 18 eingreift, sodass in Umfangsrichtung 42 jeweils eine erste Kontaktfläche 44 des ersten Konusrings 14 an eine zweite Kontaktfläche 46 des zweiten Konusrings 18 angrenzt und eine Relativdrehung der beiden Konusringe 14, 18 zueinander durch die Kontaktflächen 44, 46 begrenzt ist.
Gemäß den 3 und 4 erstrecken sich die ersten Kontaktflächen 44 jeweils geneigt zur Getriebeachse A und die zweiten Kontaktflächen 46 jeweils parallel zur Getriebeachse A, wobei der erste Konusring 14 und der zweite Konusring 18 relativ zueinander axial bewegbar sind und eine axiale Neutralstellung einnehmen können (3), in welcher sich die beiden Konusringe 14, 18 in Umfangsrichtung 42 an den zur Getriebeachse A parallelen Kontaktflächen 46 abstützen, sowie eine axiale Synchronisationsstellung (4), in welcher sich die beiden Konusringe 14, 18 in Umfangsrichtung 42 an den zur Getriebeachse A geneigten Kontaktflächen 44 abstützen.
Wie in den 3 und 4 beispielhaft an den linken, zur Getriebeachse A parallelen Kontaktflächen 46 der Aussparung 20 angedeutet, kann der zweite Konusring 18 im Bereich der Aussparung 20 gefaste Ecken 48 aufweisen, um in der Synchronisationsstellung die Flächenpressung zwischen den beiden Konusringen 14, 18 zu reduzieren. Eine durch die gefaste Ecke 48 entstehende „Fasenfläche” erstreckt sich dabei vorzugsweise parallel zur angrenzenden, geneigten Kontaktfläche 44 des ersten Konusrings 14.
Die axiale Neutralstellung kann dabei auch als „gelüftete Stellung” bezeichnet werden, in der die Konusringe 14, 18, 22 keinen Reibkontakt ausbilden. Demgegenüber sind die Konusringe 14, 18, 22 in der Synchronisationsstellung axial so ineinandergeschoben, dass sie Reibkontakte ausbilden, um eine Drehzahlsynchronisierung zwischen dem Synchronkörper 24 und dem Gangrad 28 zu erreichen.
Im Übrigen ist eine Federeinrichtung 50 vorgesehen, welche die Konusringe 14, 18 in ihre axiale Neutralstellung beaufschlagt. Mit anderen Worten bringt die Federeinrichtung 50 eine Federkraft F_F auf, welche den ersten und zweiten Konusring 14, 18 in axialer Richtung auseinanderdrückt.
Durch die Federeinrichtung 50 wird sichergestellt, dass sich die Mehrfachsynchronisationsbaugruppe 12 ohne Einwirkung der axialen Schaltkraft F_S stets in der axialen Neutralstellung gemäß 3 befindet.
Derartige Federeinrichtungen 50 sind bereits aus dem Stand der Technik bekannt, beispielsweise aus der DE 10 2006 023 098 B3 . Die darin beschriebenen Federeinrichtungen können auch bei der Erfindung eingesetzt werden.
Obwohl die Federeinrichtung 50 lediglich in der Ausführungsform der Mehrfachsynchronisationsbaugruppe 12 gemäß den 3 und 4 dargestellt ist, sollte klar sein, dass eine solche Federeinrichtung 50 oder eine andere Federeinrichtung nach der DE 10 2006 023 098 B3 auch in den nachfolgenden Ausführungsformen zum Einsatz kommen kann.
Verdreht sich nun der erste Konusring 14 relativ zum zweiten Konusring 18 in Umfangsrichtung 42, beispielsweise infolge von Schleppmomenten, so stützen sich die Konusringe 14, 18 in der axialen Neutralstellung gemäß 3 an den zur Getriebeachse A parallelen (zweiten) Kontaktflächen 46 ab. Folglich entsteht keine axiale Verstärkungskraft F_V, welche die Schleppmomente in unerwünschter Weise verstärken würde (3).
Bei einem gewünschten Gangwechsel wird in axialer Richtung 52 eine Schaltkraft F_S aufgebracht, durch die sich die Konusringe 14, 18 entgegen der Federkraft F_F der Federeinrichtung 50 in die Synchronisationsstellung gemäß 4 bewegen. In dieser axialen Synchronisationsstellung stützen sich die beiden Konusringe 14, 18 an den zur Getriebeachse A geneigten (ersten) Kontaktflächen 44 ab, sodass ein Drehmoment zwischen dem ersten Konusring 14 und dem zweiten Konusring 18 zu einer axialen Verstärkungskraft F_V führt, wie dies in 4 angedeutet ist. Diese Verstärkungskraft F_V wirkt in Richtung der Schaltkraft F_S, weshalb auch von einer Schaltkraftverstärkung gesprochen werden kann.
Die Verstärkungskraft F_V ist vorteilhaft, da bei gleicher Schaltkraft F_S ein stärkerer Reibkontakt zwischen den Konusringen 14, 18, 22 und damit eine raschere Drehzahlsynchronisierung erreicht wird.
In der Ausführungsform gemäß den 3 und 4 erstrecken sich die zweiten Kontaktflächen 46 jeweils parallel zur Getriebeachse A, und die ersten Kontaktflächen 44 sind jeweils so geneigt, dass sich die axialen Vorsprünge 16 im ersten Konusring 14 jeweils in axialer Richtung 52 zu ihrem freien Ende 54 hin aufweiten.
Die 5 und 6 zeigen eine weitere Ausführungsform der Mehrfachsynchronisationsbaugruppe 12, wobei in 5 ein Tangentialschnittdetail X-X gemäß 2 in einer axialen Neutralstellung des ersten und zweiten Konusrings 14, 18 und in 6 ein Tangentialschnittdetail X-X gemäß 2 in einer axialen Synchronisationsstellung des ersten und zweiten Konusrings 14, 18 dargestellt ist.
Gegenüber den 3 und 4 besteht der einzige Unterschied darin, dass sich in der Ausführungsform gemäß den 5 und 6 die ersten Kontaktflächen 44 jeweils parallel zur Getriebeachse A und die zweiten Kontaktflächen 46 jeweils geneigt zur Getriebeachse A erstrecken. Ansonsten sind die zuvor erwähnten Merkmale auch bei dieser Ausführungsform anwendbar.
Die zweiten Kontaktflächen 46 sind jeweils so geneigt, dass sich die Aussparungen 20 im zweiten Konusring 18 jeweils in axialer Richtung 52 zum ersten Konusring 14 hin verjüngen.
Analog zur Ausführungsform gemäß den 3 und 4 erfolgt auch hier eine Schaltkraftverstärkung in der axialen Synchronisationsstellung der Konusringe 14, 18, wohingegen Schleppmomente in der axialen Neutralstellung nicht verstärkt werden. Dieser gewünschte technische Effekt wird in den beiden Ausführungsbeispielen auch dadurch sichergestellt, dass sich in der axialen Neutralstellung die freien Enden 54 der Vorsprünge 16 des ersten Konusrings 14 in axialer Richtung 52 lediglich bis in die Aussparungen 20 des zweiten Konusrings 18 erstrecken, wohingegen die freien Enden 54 in der axialen Synchronisationsstellung in axialer Richtung 52 über die Aussparungen 20 des zweiten Konusrings 18 hinausragen.
In den bisher dargestellten Ausführungsformen der Mehrfachsynchronisationsbaugruppe 12 gemäß den 2 bis 6 sind die Konusringe 14, 18, 22 jeweils einstückig ausgebildet. Dies reduziert die Anzahl der Einzelbauteile und vereinfacht das Zusammensetzen der Mehrfachsynchronisationsbaugruppe 12.
Auch in den Ausführungsformen gemäß den 7 bis 11 umfasst die Mehrfachsynchronisationsbaugruppe 12 des Schaltgetriebes 10 einen um die Getriebeachse A drehbaren ersten Konusring 14, der axiale Vorsprünge 16 aufweist, welche in Umfangsrichtung 42 durch erste Kontaktflächen 44 begrenzt sind, sowie einen um die Getriebeachse A drehbaren zweiten Konusring 18, der Aussparungen 20 aufweist, welche in Umfangsrichtung 42 durch zweite Kontaktflächen 46 begrenzt sind, wobei jeder Vorsprung 16 des ersten Konusrings 14 in eine zugeordnete Aussparung 20 des zweiten Konusrings 18 eingreift, sodass in Umfangsrichtung 42 jeweils eine erste Kontaktfläche 44 des ersten Konusrings 14 an eine zweite Kontaktfläche 46 des zweiten Konusrings 18 angrenzt und eine Relativdrehung der beiden Konusringe 14, 18 zueinander durch die Kontaktflächen 44, 46 begrenzt ist.
Allerdings ist im Unterschied zu den vorgenannten Ausführungsformen der Mehrfachsynchronisationsbaugruppe 12 in den 7 bis 11 jeweils wenigstens ein Konusring 14, 18 mehrteilig ausgeführt und umfasst einen Grundkörper 56 sowie bewegliche Anschlagelemente 58, welche die ersten oder zweiten Kontaktflächen 44, 46 bilden.
Die 7 zeigt einen Detailausschnitt eines erfindungsgemäßen Schaltgetriebes 10 mit einer erfindungsgemäßen Mehrfachsynchronisationsbaugruppe 12 in einem Kopplungsbereich des ersten Konusrings 14 und des zweiten Konusrings 18, wobei der erste Konusring 14 mehrteilig ausgeführt ist.
Die durch die beweglichen Anschlagelemente 58 gebildeten ersten Kontaktflächen 44 erstrecken sich in einer Grundstellung der Anschlagelemente 58 jeweils parallel zur Getriebeachse A (vgl. 8, 10, 11) und in einer federnd ausgelenkten Stellung der Anschlagelemente 58 jeweils geneigt zur Getriebeachse A (vgl. 9).
In ihrer federnd ausgelenkten Stellung gemäß 9 stützen sich die beweglichen Anschlagelemente 58 jeweils am Grundkörper 56 ab, werden jedoch durch eine Federkraft F_F* in ihre Grundstellung gemäß 8 beaufschlagt.
In den Ausführungsformen gemäß den 7 bis 11 ist jeweils der erste Konusring 14 mehrteilig ausgeführt, wobei über wenigstens einen axialen Vorsprung 16 des Grundkörpers 56 eine Federeinheit 60 gestülpt ist, welche zwei bewegliche Anschlagelemente 58 umfasst, wobei die beiden Anschlagelemente 58 in Umfangsrichtung 42 entgegengesetzte erste Kontaktflächen 44 des axialen Vorsprungs 16 bilden.
Die Federeinheit 60 ist bevorzugt ein einstückiger Körper mit zwei abstehenden Schenkeln, welche die Anschlagelemente 58 bilden. Somit lässt sich die Federeinheit 60 einfach mit dem Grundkörper 56 verbinden, insbesondere verschweißen, wie in 7 durch eine Schweißstelle 61 angedeutet. Alternativ ist auch eine formschlüssige oder kraftschlüssige Verbindung denkbar.
Die 8 und 9 zeigen eine weitere Ausführungsform der Mehrfachsynchronisationsbaugruppe 12, wobei in 8 ein Tangentialschnittdetail X-X gemäß 7 in einer axialen Neutralstellung des ersten und zweiten Konusrings 14, 18 und in 9 ein Tangentialschnittdetail X-X gemäß 7 in einer axialen Synchronisationsstellung des ersten und zweiten Konusrings 14, 18 dargestellt ist.
Die dargestellte Ausführungsform ähnelt der Mehrfachsynchronisationsbaugruppe 12 gemäß den 3 und 4, wobei die freien Enden 54 der Vorsprünge 16 des ersten Konusrings 14 jedoch sowohl in der axialen Neutralstellung als auch in der axialen Synchronisationsstellung der Konusringe 14, 18 in axialer Richtung 52 über die Aussparungen 20 des zweiten Konusrings 18 hinausragen. Die Vorsprünge 16 des Grundkörpers 56 weisen in den 8 und 9 Grundkörper-Anschlagflächen 62 auf, welche sich geneigt zur Getriebeachse A erstrecken. Hingegen erstrecken sich die Kontaktflächen 46 des zweiten Konusrings 18 parallel zur Getriebeachse A.
Die 10 zeigt ein Tangentialschnittdetail X-X gemäß 7 in einer axialen Neutralstellung des ersten und zweiten Konusrings 14, 18 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Mehrfachsynchronisationsbaugruppe 12.
Auch in dieser Ausführungsform weisen die Vorsprünge 16 des Grundkörpers 56 Grundkörper-Anschlagflächen 62 auf, wobei sich in diesem Fall sowohl die Grundkörper-Anschlagflächen 62 des ersten Konusrings 14 als auch die Kontaktflächen 46 des zweiten Konusrings 18 geneigt zur Getriebeachse A erstrecken.
Die 11 zeigt ein Tangentialschnittdetail X-X gemäß 7 in einer axialen Neutralstellung des ersten und zweiten Konusrings 14, 18 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Mehrfachsynchronisationsbaugruppe 12.
Auch in dieser Ausführungsform weisen die Vorsprünge 16 des Grundkörpers 56 Grundkörper-Anschlagflächen 62 auf, wobei sich in diesem Fall sowohl die Grundkörper-Anschlagflächen 62 des ersten Konusrings 14 als auch die Kontaktflächen 46 des zweiten Konusrings 18 parallel zur Getriebeachse A erstrecken.
Optional können selbstverständlich auch in den Ausführungsformen gemäß den 3 bis 6 Anschlagelemente 58 bzw. Federeinheiten 60 vorgesehen sein. In diesem Fall ist zwischen einer ersten Kontaktfläche 44 und einer angrenzenden zweiten Kontaktfläche 46 ein bewegliches Anschlagelement 58 vorgesehen, wobei die Konusringe 14, 18 eine Kopplungsposition einnehmen können, in der sich die beiden Konusringe 14, 18 in Umfangsrichtung 42 aneinander abstützen. Das Anschlagelement 58 ist in dieser Kopplungsposition federnd ausgelenkt und beaufschlagt die beiden Konusringe 14, 18 durch eine Federkraft F_F* in Umfangsrichtung 42 voneinander weg. Dies ist in den 3 und 4 gestrichelt angedeutet.
In allen Ausführungsformen sind die zur Getriebeachse A geneigten Kontaktflächen 44, 46 vorzugsweise ebene Kontaktflächen, welche mit der Axialrichtung 52 jeweils einen vorbestimmten Winkel α einschließen. Über diesen Winkel α lässt sich mit geringem Aufwand die Größe der Verstärkungskraft F_V einstellen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 5135087 A [0006]
DE 102006023098 B3 [0014, 0061, 0062]

Claims

Mehrfachsynchronisationsbaugruppe eines Schaltgetriebes (10), mit einem um eine Getriebeachse (A) drehbaren ersten Konusring (14), der axiale Vorsprünge (16) aufweist, welche in Umfangsrichtung (42) durch erste Kontaktflächen (44) begrenzt sind, sowie einem um die Getriebeachse (A) drehbaren zweiten Konusring (18), der Aussparungen (20) aufweist, welche in Umfangsrichtung (42) durch zweite Kontaktflächen (46) begrenzt sind, wobei jeder Vorsprung (16) des ersten Konusrings (14) in eine zugeordnete Aussparung (20) des zweiten Konusrings (18) eingreift, sodass in Umfangsrichtung (42) jeweils eine erste Kontaktfläche (44) des ersten Konusrings (14) an eine zweite Kontaktfläche (46) des zweiten Konusrings (18) angrenzt und eine Relativdrehung der beiden Konusringe (14, 18) zueinander durch die Kontaktflächen (44, 46) begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich die ersten Kontaktflächen (44) jeweils parallel zur Getriebeachse (A) und die zweiten Kontaktflächen (46) jeweils geneigt zur Getriebeachse (A) erstrecken, oder umgekehrt, wobei der erste Konusring (14) und der zweite Konusring (18) relativ zueinander axial bewegbar sind und eine axiale Neutralstellung einnehmen können, in welcher sich die beiden Konusringe (14, 18) in Umfangsrichtung (42) an den zur Getriebeachse (A) parallelen Kontaktflächen (44, 46) abstützen, sowie eine axiale Synchronisationsstellung, in welcher sich die beiden Konusringe (14, 18) in Umfangsrichtung (42) an den zur Getriebeachse (A) geneigten Kontaktflächen (46, 44) abstützen.
Mehrfachsynchronisationsbaugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die ersten Kontaktflächen (44) jeweils parallel zur Getriebeachse (A) erstrecken und die zweiten Kontaktflächen (46) jeweils so geneigt sind, dass sich die Aussparungen (20) im zweiten Konusring (18) jeweils in axialer Richtung (52) zum ersten Konusring (14) hin verjüngen.
Mehrfachsynchronisationsbaugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die zweiten Kontaktflächen (46) jeweils parallel zur Getriebeachse (A) erstrecken und die ersten Kontaktflächen (44) jeweils so geneigt sind, dass sich die axialen Vorsprünge (16) im ersten Konusring (14) jeweils in axialer Richtung (52) zu ihrem freien Ende (54) hin aufweiten.
Mehrfachsynchronisationsbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Federeinrichtung (50) vorgesehen ist, welche die Konusringe (14, 18) in die axiale Neutralstellung beaufschlagt.
Mehrfachsynchronisationsbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch. gekennzeichnet, dass zwischen einer ersten Kontaktfläche (44) und einer angrenzenden zweiten Kontaktfläche (46) ein bewegliches Anschlagelement (58) vorgesehen ist, wobei die Konusringe (14, 18) eine Kopplungsposition einnehmen können, in der sich die beiden Konusringe (14, 18) in Umfangsrichtung (42) aneinander abstützen, und wobei das Anschlagelement (58) in der Kopplungsposition federnd ausgelenkt ist und die beiden Konusringe (14, 18) in Umfangsrichtung (42) voneinander weg beaufschlagt.
Mehrfachsynchronisationsbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Konusringe (14, 18) jeweils einstückig ausgebildet sind.
Mehrfachsynchronisationsbaugruppe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Konusring (14, 18) mehrteilig ausgeführt ist und einen Grundkörper (56) sowie bewegliche Anschlagelemente (58) umfasst, welche die ersten oder zweiten Kontaktflächen (44, 46) bilden, wobei sich die durch die beweglichen Anschlagelemente (58) gebildeten Kontaktflächen (44, 46) in einer Grundstellung der Anschlagelemente (58) jeweils parallel zur Getriebeachse (A) und in einer federnd ausgelenkten Stellung der Anschlagelemente (58) jeweils geneigt zur Getriebeachse (A) erstrecken.
Mehrfachsynchronisationsbaugruppe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Anschlagelemente (58) in ihrer federnd ausgelenkten Stellung jeweils am Grundkörper (56) abstützen.
Mehrfachsynchronisationsbaugruppe nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Konusring (14) mehrteilig ausgeführt ist, wobei über wenigstens einen axialen Vorsprung (16) des Grundkörpers (56) eine Federeinheit (60) gestülpt ist, welche zwei bewegliche Anschlagelemente (58) umfasst, wobei die beiden Anschlagelemente (58) in Umfangsrichtung (42) entgegengesetzte erste Kontaktflächen (44) des axialen Vorsprungs (16) bilden.
Mehrfachsynchronisationsbaugruppe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Federeinheit (60) ein einstückiger Körper mit zwei abstehenden Schenkeln ist, welche die Anschlagelemente (58) bilden.
Mehrfachsynchronisationsbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen um die Getriebeachse (A) drehbaren dritten Konusring (22), der radial zwischen dem ersten Konusring (14) und dem zweiten Konusring (18) angeordnet ist und sowohl mit dem ersten Konusring (14) als auch mit dem zweiten Konusring (18) einen Reibkontakt ausbilden kann.
Mehrfachsynchronisationsbaugruppe nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch einen Synchronkörper (24), der auf einer Getriebewelle (26) drehfest angebracht und um die Getriebeachse (A) drehbar ist, wobei der erste Konusring (14) oder der zweite Konusring (18) mit dem Synchronkörper (24) und der dritte Konusring (22) mit einem Gangrad (28) des Schaltgetriebes (10) formschlüssig und drehmomentübertragend verbunden ist.
Mehrfachsynchronisationsbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einen der Konusringe (14, 18, 22) eine Sperrverzahnung (34) angeformt ist.
Mehrfachsynchronisationsbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Getriebeachse (A) geneigten Kontaktflächen (44, 46) ebene Kontaktflächen (44, 46) sind, welche mit einer axialen Richtung (52) jeweils einen vorbestimmten Winkel (α) einschließen.
Schaltgetriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem Synchronkörper (24), der auf einer Getriebewelle (26) drehfest angebracht und um die Getriebeachse (A) drehbar ist, einer Schaltmuffe (32), die relativ zum Synchronkörper (24) drehfest, aber axial verschieblich angeordnet ist, wenigstens einem Gangrad (28), das über die Schaltmuffe (32) drehfest mit dem Synchronkörper (24) verbunden werden kann, und einer Mehrfachsynchronisationsbaugruppe (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die eine axiale Verschiebung der Schaltmuffe (32) zu dem wenigstens einen Gangrad (28) hin sperren oder freigeben kann.