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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Synchronkupplung für Geschwindigkeits-Wechselgetriebe in Kraftfahrzeugen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Es sind zahlreiche Maßnahmen bekannt, die bei manuellen oder automatisch geschalteten Geschwindigkeits-Wechselgetrieben bzw. Schaltgetrieben an den Synchronkupplungen eingesetzt werden, um u. a. sogenannten Gangspringern entgegenzuwirken. Gangspringer, das heißt ein unbeabsichtigtes Lösen der Kupplungsverbindung zum jeweils geschalteten Gangzahnrad, können durch Vibrationen, durch Lastwechsel, etc. auftreten, insbesondere wenn die Synchronkupplung auf kurze Schaltwege mit entsprechend geringen Zahneingriffen ausgelegt ist.
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Eine bekannte Maßnahme zum Halten der Zahneingriffsverbindung besteht darin, die Zähne der Schaltverzahnung am Gangzahnrad und an der Innenverzahnung der Schaltmuffe mit sogenannten Hinterlegungen bzw. in der Draufsicht gesehen leicht konisch auszubilden, um eine die Eingriffsverbindung haltende Kraftkomponente zu erzeugen (vergleiche 2 der angefügten Zeichnung). Derartige Hinterlegungen bzw. Hinterschneidungen an den Zahnflanken der Innenverzahnung der Schaltmuffe und der Schaltverzahnung des Gangzahnrades sind fertigungstechnisch aufwändig.
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Aus der
DE 39 39274 A1 ist eine gattungsgemäße Synchronkupplung für Geschwindigkeits-Wechselgetriebe in Kraftfahrzeugen bekannt. Demzufolge sind sowohl an den Zähnen der Außenverzahnung des wellenfesten Synchronkörpers als auch an den Zähnen der Innenverzahnung der Schaltmuffe solche Hinterschneidungen vorgesehen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Synchronkupplung der gattungsgemäßen Art vorzuschlagen, die mit fertigungstechnisch und konstruktiv einfachen Mitteln Gangspringern entgegenwirkt.
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Die Lösung dieser Aufgabe ist in den Merkmalen des Patentanspruchs 1 angeführt. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die Erfindung beruht auf dem Sachverhalt, dass eine Bearbeitung der Innenverzahnung der Schaltmuffe und/oder der Schaltverzahnung des Gangzahnrades mit großem fertigungstechnischem Aufwand verbunden ist. Vor diesem Hintergrund ist gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 an den Zahnflanken der Zähne der Außenverzahnung des Synchronkörpers zumindest ein Axialanschlag vorgesehen, der ein Gangspringen, das heißt eine Axialbewegung der Schaltmuffe außer Zahneingriff mit der Schaltverzahnung des Gangzahnrades, unterbindet.
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Erfindungsgemäß können zudem sämtliche Zahnflanken der Zähne der Innenverzahnung der Schaltmuffe und/oder sämtliche Zahnflanken der Zähne der Schaltverzahnung in der Axialrichtung in Flucht ausgerichtet sein und/oder glattflächig sein. D. h., dass die Zahnflanken der Schaltmuffen-Innenverzahnung in der Axialrichtung geradlinig verlaufen bzw. die Zahnflanken eben ohne Vor-/Rücksprünge in den Flankenoberflächen ausgebildet sind. Erfindungsgemäß ist es ausreichend, wenn solche Vor-Rücksprünge alleine in den Zahnflanken der Außenverzahnung des Synchronkörpers eingearbeitet sind.
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Der Axialanschlag kann eine in den Zahnflanken der Zähne der Außenverzahnung des Synchronkörpers gebildete Haltekante sein. Dabei kann der Axialanschlag ein Übergang zwischen einem Zahnflankenabschnitt größerer Zahndicke und einem Zahnflankenabschnitt geringerer Zahndicke sein. Der Zahnflankenabschnitt größerer Zahndicke kann hierbei in der Radialrichtung mit einem Überstand in die angrenzenden Zahnlücken vorragen. Bei geschaltetem Gang kann der Abschnitt größerer Zahndicke der Synchronkörper-Zähne axial um einen vorgegebenen Abstand von der Innenverzahnung der Schaltmuffe versetzt sein.
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In einer Ausführungsform können die Zähne der Außenverzahnung des Synchronkörpers einen Abschnitt geringerer Dicke im Vergleich zur Außenverzahnung der Schaltmuffe aufweisen, wobei ein Abschnitt regulärer (das heißt größerer) Dicke der Zähne bei geschaltetem Gang außerhalb des Eingriffsbereichs mit der Innenverzahnung der Schaltmuffe liegt. Dementsprechend bildet der Abschnitt regulärer Verzahnung die Führung der Schaltmuffe auf dem Synchronkörper, während bei geschaltetem Gang eine nur geringfügige Relativdrehung möglich ist, mittels der quasi eine Haltekante entsteht, die die Schaltmuffe bei Lastübertragung in der Eingriffsstellung zuverlässig hält. Diese Maßnahme kann gegebenenfalls mit bekannten Maßnahmen zur Vermeidung von Gangspringern kombiniert sein.
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Ferner können besonders bevorzugt die einander zugewandten Stirnflächen der Zähne der Innenverzahnung der Schaltmuffe und/oder die Übergangsbereiche der Abschnitte der Zähne der Außenverzahnung des Synchronkörpers mit zur Schieberichtung geneigten Anfasungen versehen sein. Durch den Grad der Schräge der Anfasungen kann in einfacher Weise die in axialer Richtung wirkende Haltekraft an der Schaltmuffe mitbestimmt werden.
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In einer fertigungstechnisch besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung können die Zähne der Schaltverzahnung des Gangzahnrads und die Zähne der Innenverzahnung der Schaltmuffe geradlinig ohne Hinterlegungen ausgeführt sein. Damit bestimmt nur der mit den unterschiedliche Zahndicken ausgeführte Synchronkörper im Zusammenwirken mit der korrespondierenden Innenverzahnung der Schaltmuffe die Haltekraft entgegen einem Lösen der Kupplungsverbindung, während die Schaltverzahnung und die Innenverzahnung der Schaltmuffe durch fertigungstechnisch kostengünstigere Geradverzahnungen gebildet sein können.
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Bei an sich üblichen Doppelsynchronkupplungen mit zwei angrenzenden Gangzahnrädern können ein mittlerer Abschnitt der Zähne der Außenverzahnung mit regulärer Zahndicke und die beidseitigen Abschnitte mit geringerer Zahndicke ausgebildet sein.
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Schließlich kann in besonders kostengünstiger Weise zumindest der Synchronkörper mit den Abschnitten unterschiedlicher Zahndicke der Außenverzahnung spanlos im Sinterverfahren hergestellt sein.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist anhand der beigefügten, schematischen Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
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1 einen Längsschnitt durch eine Doppelsynchronkupplung für Schaltgetriebe von Kraftfahrzeugen, mit einem wellenfesten Synchronkörper, einer darauf über Verzahnungen geführten Schaltmuffe, Synchronringen und auf Gangzahnrädern angeordneten Schaltverzahnungen;
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2 eine Draufsicht auf dem Stand der Technik entsprechende Verzahnungen des Synchronkörpers, der Schaltmuffe und der Schaltverzahnung der Gangzahnräder mit Hinterlegungen an deren Zähnen zum Halten der Kupplungsverbindung bei eingelegtem Gang; und
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3 eine Draufsicht gemäß 2 mit Auslegung der Zähne der Außenverzahnung des Synchronkörpers mit unterschiedlicher Zahndicke und geradliniger Konfiguration der Zähne der übrigen Verzahnungen.
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In der 1 ist die obere Hälfte einer im Wesentlichen bekannten Doppelsynchronkupplung 10 für Geschwindigkeits-Wechselgetriebe bzw. Schaltgetriebe von Kraftfahrzeugen dargestellt, die auf einer Getriebewelle 12 zwischen zwei Gangzahnrädern (Loszahnrädern) 14, 16 angeordnet ist.
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Die Synchronkupplung 10 weist einen mittleren Synchronkörper 18 auf, der wellenfest gehalten ist, während die axial benachbarten Gangzahnräder 14, 16 drehbar auf der Welle 12 gelagert sind.
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Der Synchronkörper 18 ist mit einer Außenverzahnung 20 versehen, auf der eine, eine korrespondierende Innenverzahnung 22 aufweisende Schaltmuffe 24 axial verschiebbar geführt ist. Die Schaltmuffe 24 kann in üblicher Weise über eine in eine Außennut 24a eingreifende Schaltgabel einer Schaltvorrichtung (nicht dargestellt) aus der gezeichneten Mittelstellung (Neutralstellung) heraus nach links oder rechts zum Schalten eines Ganges verschoben werden.
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Ein jedes Gangzahnrad 14, 16 trägt dem Synchronkörper 18 zugewandt ein Schaltzahnrad 26 mit einem Außenkonus 26a und einer Schaltverzahnung 26b, die mit der Innenverzahnung 22 der Schaltmuffe 24 in Eingriff bringbar ist.
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Zwischen den mit den Gangzahnrädern 14, 16 fest verbundenen Schaltzahnrädern 26 und dem Synchronkörper 18 sind Synchronringe 28 mit jeweils einem Reibkonus 28a und einer Sperrverzahnung 28b eingesetzt, die in bekannter Weise begrenzt axial verschiebbar und verdrehbar am Synchronkörper 18 geführt sind.
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Zum Schalten eines Ganges bzw. zum Kuppeln eines Gangzahnrads 14, 16 an die Welle 12 wird die Schaltmuffe 24 axial verschoben, wobei zunächst über den entsprechenden Synchronring 28 ein Gleichlauf hergestellt wird. Durch den Gleichlauf wird die Sperrverzahnung 28b des Synchronrings 28 wirkungslos und die Schaltmuffe 24 kann über die Sperrverzahnung 28b hinweg in Eingriff mit der Schaltverzahnung 26b des betreffenden Gangzahnrads 14, 16 gebracht werden.
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Um diesen Kupplungseingriff der Synchronkupplung 10 sicher aufrechtzuerhalten, ist es aus dem Stand der Technik bekannt, die den Momentenfluss unmittelbar übertragenden Zähne der Schaltverzahnungen 26b und der Schaltmuffe 24 bzw. deren Innenverzahnung 22 mit Hinterlegungen 30 auszubilden.
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Dies zeigt in einer Draufsicht auf die Verzahnungsgeometrien die 2, wobei zu einer besseren Übersicht die Sperrverzahnungen 28b der Synchronringe 28 nicht eingezeichnet sind. Die 2 zeigt dabei die Zähne 23 der Innenverzahnung 22 der Schaltmuffe 24 zweimal, nämlich zum Einen in der geschalteten linken Position und zum Anderen in der geschalteten rechten Position, nicht jedoch in der mittleren Neutralposition.
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Die mit der Innenverzahnung 22 der Schaltmuffe 24 korrespondierenden Zähne 21 der Außenverzahnung 20 des Synchronkörpers 18 sind geradlinig ausgebildet und wirken als Schiebeführung mit geradlinig ausgebildeten Abschnitten 19 der Zähne 23 der Innenverzahnung 22 der Schiebemuffe 24 zusammen.
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Bei einem geschalteten Gang sind, wie aus 2 ersichtlich, äußere Abschnitte 17 der Zähne 23 der Schaltmuffe 24 mit den Zähnen 27 der Schaltverzahnung 26b der Schaltzahnräder 26 in Eingriff. Dabei sind diese Abschnitte 17 und die Zähne 27 der Schaltverzahnung 26b mit Hinterlegungen 30 gefertigt bzw. sind in der Draufsicht leicht konisch ausgebildet, um bei Kraftübertragungen eine Art Klammereffekt zu generieren, der die Eingriffsverbindung verstärkt aufrechterhält.
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Die 3 zeigt die erfindungsgemäße Verzahnungsgeometrie zwischen der Außenverzahnung 20 des Synchronkörpers 18 und der Innenverzahnung 22 der Schaltmuffe 24 sowie der Schaltverzahnung 26b der Schaltzahnräder 26 bzw. der Gangzahnräder 14, 16.
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Gemäß der 3 sind die Zähne 23 der Innenverzahnung 22 der Schaltmuffe 24 und die Zähne 27 der Schaltverzahnung 26b der Schaltzahnräder 26 in Axialrichtung geradlinig gefertigt, also ohne Hinterlegungsabschnitte ausgeführt.
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Die Zähne 21 der Außenverzahnung 20 des Synchronkörpers 18 weisen einen mittleren Abschnitt 25 größerer Zahndicke s1 und zwei längere, äußere Abschnitte 29 geringerer Zahndicke s2 auf. Am Übergang zwischen den äußeren Abschnitten 29 geringerer Zahndicke s2 und dem mittleren Abschnitt 25 ist jeweils eine Haltekante 31 gebildet. Die Haltekante 31 wirkt als ein Axialanschlag, der ein Gangspringen, das heißt eine Axialbewegung der Schaltmuffe 24 außer Zahneingriff mit der Schaltverzahnung 26b des Gangzahnrades 14, 16 unterbindet. Die Haltekante 31 ist unmittelbar in den Zahnflanken der Zähne 21 der Außenverzahnung 20 des Synchronkörpers 18 gebildet.
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Gemäß der 3 kann der Abschnitt 25 größerer Zahndicke s1 der Zähne 21 bei geschaltetem Gang axial um einen geringfügigen Abstand b von dem mittleren Abschnitt 25 der Außenverzahnung 20 des Synchronkörpers 18 versetzt sein. Das heißt, dass die Auslegung der Abschnitte 25 und der Zähne 27 der Schaltverzahnung 26b derart ist, dass bei geschaltetem Gang die Zähne 23 der Innenverzahnung 22 außerhalb des Bereichs der mittleren Abschnitte 25 der Zähne 21 der Außenverzahnung 20 des Synchronkörpers 18 liegen.
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Daraus resultiert, wie in 3 dargestellt, dass bei einer Kraftübertragung vom Synchronkörper 18 zu den Gangzahnrädern 14, 16 sich jeweils eine Flanke der Zähne 23 der Innenverzahnung 22 an die korrespondierenden Flanken der Abschnitte 29 geringerer Zahndicke s2 anlegen, wodurch die Haltekante 31 als ein Axialanschlag den Zahneingriff der Schaltmuffe 24 mit der Schaltverzahnung 26b des Gangzahnrades 14, 16 sichert. Die Haltekante 31 unterbindet dabei eine Axialbewegung der Schaltmuffe 24 außer Zahneingriff mit der Schaltverzahnung 26b des Gangzahnrades 14, 16. Wie in der 3 angedeutet, drücken die drehmomentübertragenden Zähne 23 der Innenverzahnung 22 der Schaltmuffe 24 mit einer Kraft F gegen die Abschnitte 29 mit reduzierter Zahndicke s2, so dass ein Überspringen der Haltekante 31 sicher unterbunden ist.
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An den Stirnseiten der Zähne 23 der Innenverzahnung 22 der Schaltmuffe 24 und an den Übergängen zwischen den Abschnitten 25 und 29 sind Anfasungen bzw. zur Verschieberichtung der Schaltmuffe 24 geneigte Schrägen (ohne Bezugszeichen) vorgesehen, die zur Einstellung der Haltekraft und/oder zur Zentrierung der Verzahnungen 20, 22 beim Rückschalten in die Neutralstellung dienen.
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Zumindest der Synchronkörper 18 mit der Außenverzahnung 20 mit den Abschnitten 25 und 29 der Zähne 21 ist bevorzugt pulvermetallurgisch bzw. im Sinterverfahren aus Metall hergestellt, wobei die Verzahnung 20 spanlos eingeformt ist.
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Die Erfindung ist nicht auf das in den 1 und 3 dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Insbesondere kann auch eine Einfachsynchronisierung mit nur einem Gangzahnrad 14 oder 16 vorgesehen sein, wobei die Abschnitte 25 und 29 der Zähne 21 der Außenverzahnung 20 des Synchronkörpers 18 entsprechend asymmetrisch ausgeführt sind.
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Die Synchronkupplung 10, die nur soweit wie für das Verständnis der vorliegenden Erfindung erforderlich dargestellt und beschrieben ist, kann auch eine andere, bekannte Konstruktion, zum Beispiel mit einer Außensynchronisierung, aufweisen.
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Gegebenenfalls kann die beschriebene Haltefunktion gegen Gangspringer auch mit anderen, bekannten Maßnahmen (zum Beispiel gemäß 2) kombiniert sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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