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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Synchronisieren einer Übersetzungsstufe für Schaltgetriebe und Doppelkupplungsgetriebe, insbesondere in Kraftfahrzeugen, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Vorrichtungen mit einer Synchronkupplung sind vielfach bekannt. Zum Beispiel können dies Einfachsynchronisierungen mit nur einem Synchronring oder Mehrfachsynchronisierungen mit zusätzlich Zwischenringen sein. Sollen hohe Reibleistungen zur Erzielung kurzer Schaltzeiten zur Verfügung stehen, so können beispielsweise die Reibflächen der Synchronkupplungen entsprechend vergrößert werden, was aber aufgrund der räumlichen Zwänge in Schaltgetrieben nicht ohne weiteres möglich ist.
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Aus der
DE 21 22 947 A ist eine gattungsgemäße Vorrichtung zum Synchronisieren einer Übersetzungsstufe für ein Schaltgetriebe bekannt. Die Vorrichtung weist einen Kupplungskörper mit einem Innenkonus auf, der mit einem Außenkonus eines Druckstückes zusammenwirkt. Aus der
DE 22 14 852 A ist eine Zahnkupplung für ein Zahnradwechselgetriebe bekannt. Die Zahnkupplung weist Synchronisierringe an beiden Seiten eines Losrades auf.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art bereitzustellen, die bei einer räumlich günstigen Anordnung eine besonders leistungsfähige Synchronisierung mit kurzen Schaltzeiten ermöglicht.
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Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte und besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung beinhalten die Unteransprüche.
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Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass auf der gegenüberliegenden Seite des Loszahnrads der zu schaltenden Übersetzungsstufe eine zweite Synchronkupplung vorgesehen ist, deren zumindest eines Betätigungselement beim Schaltvorgang durch das Loszahnrad hindurch über ein Betätigungselement der ersten Synchronkupplung in Wirkstellung bringbar ist. Der Erfindungsvorschlag zielt darauf ab, die erforderliche Synchronleistung aufzuteilen, indem eine zweite, baulich einfachere Synchronkupplung auf der anderen Seite des Loszahnrads verwendet wird, die zeitgleich mit der ersten Synchronkupplung wirkt. Durch die zweite Synchronkupplung – deren zumindest einer Synchronring keine Sperrverzahnung benötigt – kann die gesamte Vorrichtung kompakter und gegebenenfalls mit weniger Bauraum trotz erhöhter Synchronisierungsleistung ausgeführt werden.
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In räumlich besonders vorteilhafter Weise kann die zweite Synchronkupplung zumindest teilweise in einer ringförmigen Ausnehmung des Loszahnrads der Übersetzungsstufe angeordnet sein und somit keine Bauraumverlängerung des Schaltgetriebes erfordern.
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Erfindungsgemäß ist zur Betätigung der zweiten Synchronkupplung auf der Nabe des Loszahnrads ein hülsenförmiges Druckstück mit axial ausgerichteten, korrespondierende Ausnehmungen des Loszahnrads durchragenden Fingern axial verschieblich gelagert, das einerseits mit dem Betätigungselement der ersten Synchronkupplung und andererseits mit einem Betätigungselement der zweiten Synchronkupplung zusammenwirkt. Über das Druckstück wird somit beim Schaltvorgang mit Betätigung der ersten Synchronkupplung die zweite Synchronkupplung mitbetätigt und überträgt dessen Bremsleistung ebenfalls auf das zu schaltende Loszahnrad.
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Dabei kann das Betätigungselement der ersten Synchronkupplung der Außenkonus des Loszahnrads sein, der auf der Nabe des Loszahnrads axial verschieblich und in Drehrichtung formschlüssig geführt ist. Durch die Verwendung des Außenkonus treten zwischen diesem und dem angrenzenden Druckstück keine Relativdrehzahlen beim Synchronisierungsvorgang und damit verbunden kein größerer Verschleiß auf.
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Erfindungsgemäß ist das Betätigungselement der zweiten Synchronkupplung ein Synchronring, der in Axialrichtung und in Drehrichtung formschlüssig mit dem Druckstück zusammenwirkt, so dass ebenfalls keine Relativdrehzahlen zwischen dem Druckstück und dem Synchronring auftreten können. Dabei kann bevorzugt der Synchronring mit stirnseitigen Ausnehmungen in radial nach außen ragenden Mitnehmern des Druckstücks geführt sein.
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Erfindungsgemäß weist der auf der Getriebewelle fest angeordnete Kupplungskörper der zweiten Synchronkupplung einen Flanschabschnitt mit einem Innenkonus und einen mit dem Flanschabschnitt gekoppelten Innenring mit einem Außenkonus auf, wobei der zumindest eine Synchronring zwischen den Innenkonus und den Außenkonus einragt (ähnlich einer Graziano-Synchronisierung).
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Des Weiteren kann der Kupplungskörper der zweiten Synchronkupplung montagegünstig mit einem Nabenabschnitt über eine Keilverzahnung auf der Getriebewelle befestigt sein.
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Der eine Sperrverzahnung aufweisende Synchronring der ersten Synchronkupplung kann ferner zur Erhöhung der Synchronisierungsleistung über einen Zwischensynchronring mit dem Außenkonus auf dem Loszahnrad zusammenwirken.
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Schließlich kann die erste Synchronkupplung in an sich bekannter Weise eine Doppelsynchronkupplung zum Schalten zweier, axial benachbarter Loszahnräder von zwei Übersetzungsstufen auf der Getriebewelle sein, mit beiderseits des Kupplungskörpers und der Schaltmuffe angeordneten Synchronringen und gegebenenfalls Synchronzwischenringen, sowie mit gegebenenfalls an beiden Loszahnrädern angeordneten, zweiten Synchronkupplungen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt einen teilweisen Längsschnitt durch ein Schaltgetriebe für Kraftfahrzeuge mit mehreren Übersetzungsstufen und einer Vorrichtung zum Synchronisieren eines Loszahnrads einer Übersetzungsstufe mit zwei beiderseits des Loszahnrads angeordneten Synchronkupplungen.
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Das nur teilweise dargestellte Schaltgetriebe 10 für Kraftfahrzeuge weist eine erste Getriebewelle 12 und eine zweite Getriebewelle 14 (jeweils nur halbseitig dargestellt) auf, die achsparallel in einem Getriebegehäuse 16 drehbar über Wälzlager 18 gelagert sind. Es sei bemerkt, dass das Schaltgetriebe 10 nur soweit dargestellt ist, als dies für das Verständnis der vorliegenden Erfindung erforderlich ist.
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Auf den Getriebewellen 12, 14 sind unter anderem zwei Festzahnräder 20, 24 und zwei Loszahnräder 22, 26 angeordnet, die miteinander kämmend zwei Übersetzungsstufen des Schaltgetriebes 10 bilden.
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Die Loszahnräder 22, 26 sind über Wälzlager 28 direkt oder indirekt auf der Getriebewelle 12 (dies kann eine Eingangswelle, eine Zwischenwelle oder eine Abtriebswelle sein) drehbar gelagert und können über eine Doppelsynchronkupplung 30 und bezüglich des Loszahnrads 22 über eine zweite Synchronkupplung 32 geschaltet werden.
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Die als Sperrsynchronisierung ausgeführte Doppelkupplung 30 weist in an sich bekannter Weise einen wellenfesten Synchronkörper 34 auf, auf dem über eine achsparallele Verzahnung 36 eine Schaltmuffe 38 axial verschieblich geführt ist, die über eine nicht weiter dargestellte Schaltvorrichtung mit einer in die Schaltmuffe 38 eingreifenden Schaltgabel 39 aus der gezeichneten Neutralposition nach links oder rechts zum Schalten der korrespondierenden Übersetzungsstufe verstellbar ist.
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Innerhalb des Synchronkörpers 34 sind Synchronringe 40 mit einer äußeren Sperrverzahnung und einem Innenkonus (ohne Bezugszeichen) begrenzt verdrehbar geführt, die zudem axial benachbart zu einer Schaltverzahnung 36 der Loszahnräder 22, 26 liegen. Ferner sind an den Loszahnrädern 22, 26 radial innenliegend Außenkonen 42, 44 vorgesehen, die mit den Innenkonen der Synchronringe 40 direkt oder indirekt zusammenwirken.
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Die rechtsseitig dargestellte Synchronisierung für das Loszahnrad 26 ist dem Stand der Technik entsprechend und nicht weiter beschrieben.
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Die Synchronisierung des linksseitigen Loszahnrads 22 der Übersetzungsstufe ist zur Erzielung einer höherer Synchronisierungsleistung wie folgt ausgeführt:
Das Loszahnrad 22 weist eine radial innenliegende Nabe 22a auf, an die eine ringförmige Ausnehmung 22b auf der von der Doppelsynchronkupplung 30 abgewandten Seite anschließt. Auf der Getriebewelle 12 ist über eine Keilverzahnung 46 ein Nabenabschnitt 48a eines Synchronkörpers 48 befestigt, der mit einem einen Innenkonus aufweisenden Flanschabschnitt 48b in die Ausnehmung 22b einragt.
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Auf der Nabe 22a des Loszahnrads 22 ist ein hülsenförmiges Druckstück 50 axial verschieblich geführt, das mit mehreren, axial ausgerichteten Fingern 50a korrespondierende Ausnehmungen 22c (zum Beispiel Bohrungen) des weniger breiten Mittelabschnitts des Loszahnrads 22 durchragt, wobei die Finger 50a an dem Außenkonus 42 des Loszahnrads 22 anliegen. Schließlich ist zwischen dem radial äußeren, linksseitigen Synchronring 40 der Doppelsynchronkupplung 30 und dem Außenkonus 42 des Loszahnrads 22 ein Zwischenring 58 zur Erhöhung der Reibleistung eingesetzt. Der Synchronring 40 und der Außenkonus 42 sind zueinander axial verschiebbar, jedoch drehmomentenfest auf der Nabe 22a gelagert. Der Zwischenring 58 ist auf der Nabe 22a des Loszahnrads 22 zum Beispiel über eine achsparallele Keilverzahnung (in der Figur mit strichpunktierter Wirklinie 52 angedeutet) verschieblich geführt.
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Das Druckstück 50 ist ferner mit mehreren, radial nach außen ragenden Mitnehmern 50b versehen, die in stirnseitige Ausnehmungen 54a eines Synchronringes 54 der zweiten Synchronkupplung 32 in Umfangsrichtung formschlüssig einragen. Der einen Außenkonus und einen Innenkonus bildende Synchronring 54 ist dabei ähnlich einer Graziano-Synchronisierung zwischen dem Innenkonus des Flanschabschnittes 48b und dem Außenkonus eines in dem Flanschabschnitt 48b axial verschiebbar geführten Innenringes 56 angeordnet.
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Bei dem in der Figur gezeigten Aufbau bilden die erste Getriebewelle 12, der Synchronkörper 48, der Innenring 56, der Außenkonus 42, der Synchronring 40 und der wellenfeste Synchronkörper 34 mit Schaltmuffe 38 eine erste drehfeste Baueinheit, bei der die oben aufgelisteten Bauteile mit gleicher Wellendrehzahl drehen.
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Das Loszahnrad 22, der Synchronring 54 und der Zwischenring 58 bilden eine zweite drehfeste Baueinheit, bei der die Bauteile mit gleicher Schaltraddrehzahl drehen.
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Der Synchronisierungsvorgang für das Loszahnrad 22 beim Schalten der Übersetzungsstufe 22, 20 erfolgt durch das Verstellen der Schaltmuffe 38 auf der Zeichnung nach links, wobei zunächst der Synchronring 40 über den Zwischensynchronring 58 an dem Außenkonus 42 zur Anlage kommt. Liegt keine Drehzahlgleichheit zwischen der Getriebewelle 12 und dem Loszahnrad 22 vor, so wird der Synchronring 40 relativ zum Synchronkörper 34 begrenzt verdreht, wobei dessen Sperrverzahnung ein Weiterschalten verhindert. Die Sperrwirkung tritt dabei erst auf, wenn alle axialen Spiele durchfahren sind.
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Dies bewirkt eine in axialer Richtung erhöhte Anpresskraft an dem über die Keilverzahnung 52 verschiebbar geführten Außenkonus 42 des Loszahnrads 22, die sich über die Finger 50a des Druckstücks 50 und die Mitnehmer 50b auf den Synchronring 54 der zweiten Synchronkupplung 32 auswirkt und diesen innerhalb des Synchronkörpers 48 mit zunehmender Reibleistung verschiebt.
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Die Reibleistungen der Synchronkupplung 30 und der zweiten Synchronkupplung 32 bewirken eine schnelle Synchronisierung zwischen der Getriebewelle 12 und dem Loszahnrad 22 bei extrem kurzer Schaltzeit. Der Schaltweg der Schaltmuffe 38 ist dabei nur geringfügig vergrößert.
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Bei erreichtem Gleichlauf kann die Schaltmuffe 38 über die Schaltverzahnung 34 des Loszahnrads 22 geschaltet werden, womit der Schaltvorgang abgeschlossen ist.
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Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern kann im Rahmen der formulierten Patentansprüche auch in für den Fachmann naheliegender Weise abgeändert sein. Insbesondere kann anstelle der beschriebenen, zweiten Synchronkupplung 32 auch eine anders ausgeführte Konstruktion eingesetzt sein. Gleiches gilt für die Doppelsynchronkupplung 30, die auch eine andere, bekannte Konstruktion mit einer Einfach- oder Mehrfachsynchronisierung aufweisen und/oder eine einseitig wirkende Synchronkupplung auf nur ein Loszahnrad sein kann.
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In der Figur sind der Innenring 56 und der Synchronring 54 zweiteilig gestaltet und bilden somit einen Zweifachkonus. Hierbei drückt das Druckstück 50 nicht unmittelbar, sondern unter Zwischenlage des Innenrings 56 auf den Synchronring 54. Alternativ dazu können der Innenring 56 und der Synchronring 54 auch einteilig (oder in der Axialrichtung drehfest) gestaltet sein und somit einen Einfachkonus bilden. Bei einem solchen Einfachkonus drückt das Druckstück 50 unmittelbar auf die aus Synchronring 54 und Innenring 56 bestehende Baueinheit.
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Weiterhin sind in der Figur der Zwischenring 58 und der Außenkonus 42 zweiteilig gestaltet, wodurch sich ein Zweifachkonus ergibt. In diesem Fall drückt der Zwischenring 58 unter Zwischenlage des Außenkonus 42, also mittelbar, auf das Druckstück 50. Alternativ dazu kann auf den Außenkonus 42 verzichtet werden. In diesem Fall ergibt sich ein Einfachkonus und kann der Zwischenring 58 unmittelbar auf das Druckstück 50 drücken.
