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Die Erfindung betrifft ein Getriebe mit einer Schaltkupplungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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In automatisiert geschalteten Getrieben werden üblicherweise Sperrsynchronisierungen zur Herstellung einer Gleichlaufdrehzahl von Losrädern und Getriebewellen, beispielsweise nach dem Borg-Warner-System verwendet. Grundsätzlich dient eine Synchronisierung dazu, dass eine Schaltmuffe während einer Drehzahlangleichung zwischen einem Losrad eines Getriebes und einer Getriebewelle nicht weiter bewegt wird. Hierzu sind an einem Synchronring Sperrzähne vorgesehen, welche die Schaltbewegung hemmen bzw. sperren, bis die Drehzahlangleichung erfolgt ist. Ein solcher Synchronring weist üblicherweise eine Reibfläche auf, welche mit der Reibfläche eines Kupplungskörpers in Kontakt kommt, bis ein Reibmoment aufgebaut wird. Durch das gebildete Reibmoment wird der Synchronring in eine Sperrstellung gebracht, so dass über die Sperrzähne am Synchronring eine Synchronkraft eingeleitet wird, die bis zum Erreichen der Drehzahlgleichheit aufrecht erhalten bleibt. Ist die Drehzahlgleichheit erreicht, fällt das Reibmoment zusammen, so dass der Synchronring aus seiner Sperrstellung gedrückt werden kann.
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Aus der
DE 10 2005 025 569 ist ein Synchronsystem bekannt, bei dem die Sperrflächen am Synchronring und an einem Druckstück aufgebracht sind, so dass am Synchronring keine Sperrzähne notwendig sind. Nachteilig bei einem solchen System ist, dass die Sperrstellung durch äußere Einflüsse, beispielsweise durch Schwingungen im Triebstrang, zeitweise aufgelöst wird und ein Durchschalten der Schaltmuffe bei einer nicht vollständig durchgeführten Drehzahlangleichung erfolgen kann. Das resultiert in ein Kratzen der Schaltung, welche mit störenden Geräuschen im Getriebe verbunden ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Getriebe mit einer Schaltkupplungsvorrichtung anzugeben, bei dem die Ausgestaltung der Schaltkupplungsvorrichtung vereinfacht ist, und mit der Schaltkupplungsvorrichtung eine verbesserte Funktion des Getriebes erzielt wird. Diese Aufgabe wird durch ein Getriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Das erfindungsbemäße Getriebe zeichnet sich dadurch aus, dass zwischen dem Synchronring und der Führungsmuffe mindestens ein Klemmelement vorgesehen ist, mit dem bei Verdrehung des Synchronrings eine zusätzliche Synchronkraft in Form einer Servokraft bewirkt wird, mit der der Synchronring axial in Richtung des Kupplungskörpers verschiebbar ist. Vorzugsweise bringt die Verstelleinrichtung eine erste Kraft in axialer Richtung auf die Schaltmuffe auf, welche kleiner ist als eine Hemmkraft einer Federanordnung und mit der die Reibflächen von Synchronring und Kupplungskörper durch eine Synchronkraft in Kontakt bringbar sind.
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Durch die Anordnung des Klemmelements zwischen dem Synchronring und der Führungsmuffe wird während der Synchronisierung ein Reibemoment zwischen Synchronring und Klemmelement erzeugt. Folglich wird eine zusätzliche Axialkraft herbeigeführt, durch die die Synchronkraft verstärkt wird. Demzufolge kann eine Schaltkraft reduziert, oder wenn die Schaltkraft auf einem üblichen Niveau bleibt, die Schaltzeit verkürzt werden.
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Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist das zwischen dem Synchronring und der Führungsmuffe vorgesehene Klemmelement in Form einer Kugel ausgebildet. Mit einer solchen Ausgestaltung wird die Funktion der Schaltkupplungsvorrichtung nach Beendigung einer Schaltung aufrechterhalten. Darüber hinaus wird durch eine Kugel wenig Reibung verursacht. Vorzugsweise sind zwischen dem Synchronring und der Führungsmuffe mehrere Klemmelemente angeordnet.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist sowohl an der Stirnfläche des Synchronringes als auch an einer Stirnfläche der Führungsmuffe jeweils eine Nut zur Aufnahme des Klemmelementes zwischen dem Synchronring und der Führungsmuffe vorgesehen. Vorzugsweise ist die Nut dreieckig oder kegelförmig ausgebildet, so dass eine optimierte Servokraft hervorgerufen wird, mit der der Synchronvorgang zusätzlich unterstützt wird. Dabei kann durch die dreieckige Ausgestaltung je nach Form der Rampengeometrie eine Krafterhöhung für das verwendete Synchronsystem bewirkt werden, welche Betrachtungsmäßig das Vierfache von der eingesetzten Schaltkraft beträgt. Vorzugsweise weißt die Rampe ein Winkel in einem Bereich von 15° bis 35° auf.
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Gemäß einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung sind die jeweiligen Nuten an den Stirnflächen vom Synchronring und von der Führungsmuffe derart ausgebildet, dass eine Verdrehung des Synchronringes durch das Klemmelement begrenzbar ist. Somit kann eine zusätzliche Axialkraft zur Unterstützung des Synchronvorgangs sofort bereitgestellt werden.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung bringt die Verstelleinrichtung nach erfolgter Drehzahlsynchronisation zwischen den Losrad und der Getriebewelle eine zweite Kraft in axialer Richtung auf die Schaltmuffe auf, welche größer ist als die Hemmkraft der Federanordnung und mit der die erste und zweite Verzahnung in Eingriff bringbar sind. Mit dem zwischen dem Synchronring und der Führungsmuffe positionierten Klemmelement ist das Niveau bzw. die Größe einer solchen Schaltkraft viel kleiner als die üblichen eingesetzten Schaltkräfte.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Betätigung der Schaltmuffe zur Erzielung des Schaltvorgangs durch eine Kraftregelung ohne Wegregelung steuerbar.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind sowohl die erste als auch die zweite Verschiebung der Schaltmuffe in axialer Richtung ohne Unterbrechung erzielbar, so dass die Drehzahlsynchronisation zwischen dem Losrad und der Getriebewelle übersprungen wird. Alternativ erfolgt die Betätigung der Schaltmuffe derart, dass durchgeschaltet wird, indem die Verstelleinrichtung von Beginn an die zweite Kraft in axialer Richtung auf die Schaltmuffe zur Erzielung der ersten und der zweiten Verschiebung der Schaltmuffe in axialer Richtung ohne Unterbrechung bewirkt. Dabei ist die Dauer der Verschiebung ausreichend, um eine Drehzahlangleichung zu erzielen. Folglich wird durchgeschaltet, beispielsweise bei hohen Schaltgängen, wenn zwischen Losrad und Getriebewelle eine geringe Drehzahldifferenz vorliegt. Dementsprechend wird eine sportliche sowie eine schnelle Schaltung ermöglicht.
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Weitere Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus der Beschreibung. Konkrete Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Schnittdarstellung einer Schaltkupplungsvorrichtung in einem Getriebe,
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2 eine weitere Schnittdarstellung der Schaltkupplungsvorrichtung nach 1, bei der ein Synchronvorgang sowie ein Schaltvorgang abgeschlossen sind,
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3 eine schematische Schnittansicht von einem Klemmelement zwischen einer Führungsmuffe und einem Synchronring der Schaltkupplungsvorrichtung nach 1 in einer Neutralstellung,
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4 eine schematische Schnittansicht eines Klemmelementes zwischen der Führungsmuffe und dem Synchronring der Schaltkupplungsvorrichtung nach 1 während eines Synchronvorgangs,
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5 eine schematische Ansicht einer Verstelleinrichtung,
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6 eine schematische Ansicht der Schaltkräfte sowie ein Drehzahlverlauf eines Losrades bei der Schaltkupplungsvorrichtung nach 1,
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7 eine perspektivische Ansicht von Synchronring und Führungsmuffe der Schaltkupplungsvorrichtung nach 1.
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In 1 ist eine Schaltkupplungsvorrichtung 1 in einer Neutralstellung in einem Getriebe schematisch dargestellt. Das Getriebe umfasst eine Getriebewelle 2, auf der ein Losrad 3 auf einer Seite der Schaltkupplungseinrichtung 1 gelagert ist. Ein weiteres Losrad 3’ ist auf der anderen Seite der Schaltkupplungsvorrichtung 1 angeordnet.
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Am Losrad 3 ist ein Kupplungskörper 6 angeordnet, wobei das Losrad 3 und der Kupplungskörper 6 mit mehreren Reibflächen 11, 11’ und 11’’ versehen sind. Die Reibflächen 11, 11’ befinden sich an einem Zwischenring 6’, der mit dem Kupplungskörper 6 drehfest verbunden ist. Die Reibfläche 11’’ befindet sich an einer Fläche des Losrads 3. Zur Herstellung einer festen Verbindung zwischen dem Losrad 3 und der Getriebewelle 2 ist die Schaltkupplungsvorrichtung 1 vorgesehen. Die Schaltkupplungsvorrichtung 1 umfasst eine Schaltmuffe 4, welche auf einer Führungsmuffe 12 angeordnet ist. Die Schaltmuffe 4 ist mit einer ersten Verzahnung 7 in Form einer Innenverzahnung versehen, die mit einer Außenverzahnung 13 der Führungsmuffe 12 in Eingriff steht. Die Führungsmuffe 12 ist mit der Getriebewelle 2 fest verbunden. Zwischen der Führungsmuffe 12 und der Schaltmuffe 4 ist eine Federanordnung positioniert, welche aus zwei Ringfedern 5 gebildet ist. An der Schaltmuffe 4 ist mittig zwischen den Ringfedern ein Höcker 15 mit zwei Schrägen vorgesehen.
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Durch axiales Verschieben der Schaltmuffe 4 tritt die Innenverzahnung 7 der Schaltmuffe 4 mit der Verzahnung 8 des Kupplungskörpers 6 in Eingriff, um die Schaltkupplungsvorrichtung 1 zu schließen. Zum Öffnen der Schaltkupplungsvorrichtung 1 wird die Schaltmuffe 4 wieder in axialer Richtung zurückbewegt, bis in eine Neutralstellung hinein.
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Weiterhin umfasst die Schaltkupplungsvorrichtung 1 einen Synchronring 9 als Außenring und einen Innensynchronring 9’, die mit der Führungsmuffe 12 fest verbunden und gleichzeitig an der Führungsmuffe 12 axial verschieblich angeordnet sind. Die Synchronringe 9 und 9’ sind mit mehreren Reibflächen 10, 10’ und 10’’ versehen. Am Kupplungskörper 6 ist eine zweite Verzahnung 8 vorgesehen, welche mit der ersten Verzahnung 7 der Schaltmuffe 4 korrespondiert, so dass durch die axiale Verschiebung der Schaltmuffe 4 auf den Kupplungskörper 6 eine feste Verbindung zwischen dem Losrad 3 und der Getriebewelle 2 hergestellt ist.
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Zur Verschiebung der Schaltmuffe 4 in axialer Richtung ist eine in 5 dargestellte Verstelleinrichtung 20 gezeigt, welche eine Schaltgabel 17, eine Schaltstange 18 und eine Hydraulikeinheit 19 umfasst. Das Ende der Schaltstange 18 ist als ein Hydraulikkolben ausgeführt und bewirkt eine axiale Verschiebung der Schaltstange 18. Durch die axiale Bewegung der Schaltstange 18 wird eine axiale Verschiebung der Schaltgabel 17 erzielt, mit der eine axiale Verschiebung der Schaltmuffe 4 erreicht werden kann. Hierzu greift die Schaltgabel 17 in die Schaltmuffe 4 in bekannter Weise ein. Alternativ kann die Schaltstange 18 rein hydraulisch, elektromechanisch oder elektromagnetisch betätigt werden.
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Mit der beschriebenen Schaltkupplungsvorrichtung 1, welche vorzugsweise in automatisiert geschalteten Getrieben verwendet wird, wird ein rasches Anfahren des Synchronringes 9 ermöglicht. Hierzu wird mit Hilfe der Verstelleinrichtung 20 eine vorbestimmte Verschiebung der Schaltgabel 17 definiert. Durch diese definierte Verschiebung der Schaltgabel 17 wird eine erste Kraft F1 auf die Schaltmuffe 4 in axialer Richtung aufgebracht. Dabei wird die erste Kraft F1 derart bemessen, dass eine durch die Federanordnung 5 erzeugte Hemmkraft FG zwischen der Schaltmuffe 4 und der Führungsmuffe 12 nicht überschritten wird. Dadurch erfährt die Schaltmuffe 4 eine erste axiale und vorbestimmte Verschiebung derart, dass die Reibflächen 10, 10’ und 10’’ der Synchronringe 9 und 9’ mit den Reibflächen 11 und 11’ und 11’’ in Kontakt kommen. Folglich wird ein Synchronvorgang durch diese erste Verschiebung der Schaltmuffe 4 eingeleitet. Vorzugsweise ist der Synchronring 9 ohne Sperrzähne ausgestaltet.
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Nach Einleitung des Synchronvorgangs durch die erste Verschiebung der Schaltmuffe 4 erfolgt eine Verdrehung des Synchronringes 9, welche durch ein Klemmelement 24 begrenzt wird, das zwischen dem Synchromring 9 und der Führungsmuffe 12 positioniert ist. Gemäß 3 ist ein solches Klemmelement 24 in Form einer Kugel ausgebildet, welche zwischen einer Nut 23 und einer Nut 26 positioniert ist. Die Nut 23 ist in einer Stirnfläche 14 des Synchronrings 9 ausgebildet, wobei die Nut 26 auf der gegenüberliegenden Seite an der Stirnfläche 14 ausgebildet ist. Gemäß 7 sind zwischen den Stirnflächen der Führungsmuffe 12 und der jeweiligen Stirnfläche des Synchronrings 9 mehrere Klemmelemente 24 positioniert, welche in entsprechenden Nuten 23 auf beiden gegenüberliegenden Stirnflächen angeordnet sind. Gemäß 4 entsteht durch die Verdrehung des Synchronrings 9 ein Reibmoment FR, das aufgrund der Kugel 24 eine Servokraft FS in axialer Richtung auf Synchronring 9 bewirkt. Durch die Servokraft FS wird der Synchronring 9 während des Synchronvorgangs mit einer höheren zusätzlichen Synchronkraft auf den Synchronkörper 6 gedrückt. Somit kann durch eine geringere Schaltkraft eine größere Synchronkraft bewirkt werden.
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Alternativ kann eine der beiden Nuten 23 bzw. 26 in Form eines nicht dargestellten Vorsprungs, beispielsweise als Höcker, ausgebildet sein, dessen Form mit der gegenüberliegenden Nut 23 bzw. 26 korrespondiert. Gemäß dieser Alternative kann auf die Kugel als Klemmelement verzichtet werden. Demnach ist an der Stirnfläche 14 des Synchronrings oder an der Stirnfläche 14‘ der Führungsmuffe eine Nut vorgesehen. Entsprechend ist an der Stirnfläche 14 des Synchronrings oder an der Stirnfläche 14‘ der Führungsmuffe der Vorsprung in Form eines Höckers ausgebildet. Dieser korrespondiert mit der Form der Nut und dient als Klemmelement, so dass mit dem dann eine Verdrehbewegung des Synchronrings begrenzt wird.
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In 6 ist eine grafische Darstellung gezeigt, in der durch die durchgezogene Linie 21 der Kraftverlauf der auf die Schaltmuffe 4 aufgebrachten Kräfte gezeigt ist. Die Erste Kraft F1 wird zu einem Zeitpunkt t1 auf die Schaltmuffe 4 aufgebracht. Die Erste Kraft F1 ist kleiner als die Hemmkraft FG der Federanordnung 5. Mit der Aufbringung der Schaltkraft F1 wird ein Synchronvorgang eingeleitet, bei dem die Verdrehung des Synchronrings 9 bewirkt wird. Durch das zwischen Synchronring 9 und Führungsmuffe 12 positionierte Klemmelement 24 wird die Synchronkraft mit einer zusätzlichen Servokraft FS in Richtung des Kupplungskörpers 6 gedrückt. Der Verlauf der Synchronkraft wird durch die gestrichelte Linie 25 verdeutlicht. Diese Synchronkraft setzt sich zusammen aus der Schaltkraft F1 und der Servokraft FS zusammen. Die in 6 dargestellten Verläufe entsprechen nicht den absoluten Werten der Kräfte und dienen nur zur Verdeutlichung der erzielten Effekte. Gemäß der Erfindung kann die herbeigeführte Servokraft FS das drei- oder vierfache der Schaltkraft 1 betragen. Durch die erfindungsbemäße Ausgestaltung kann die Schaltkraft F1 auf ein Minimum reduziert werden, so dass die in der Verstelleinrichtung 20 aufgebrachten Kräfte mit minimaler Energie herbeigeführt werden. Alternativ wird durch die Aufbringung einer üblichen Schaltkraft F1 eine schnellere Schaltung herbeigeführt.
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Mit der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung kann die Durchführung eines Schaltvorganges mit reduzierten Schaltkräften erzielt werden. Alternativ kann ein Schaltvorgang bei gleichbleibenden Schaltkräften schneller erfolgen, da durch die zusätzliche Servokraft FS die Synchronzeit verkürzt wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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