DE102012209219A1

DE102012209219A1 - Synchronkörper

Info

Publication number: DE102012209219A1
Application number: DE201210209219
Authority: DE
Inventors: Markus Rost
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2012-05-31
Filing date: 2012-05-31
Publication date: 2013-12-05

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Synchronkörper (3) einer Synchronisiereinheit (1) für ein Fahrzeugwechselgetriebe, aufweisend ein Nabenteil (51) mit einer Kopplungseinheit (46) zur drehfesten Kopplung mit einer Getriebewelle, mindestens ein Ringsegment (10), das eine radial gerichtete Segmentverzahnung (47) zum Kämmen mit einer Schiebemuffe (5) aufweist, wobei das Ringsegment (10) und der Nabenteil (51) in einem Verbindungsbereich (52) drehfest verbunden sind und der Nabenteil (51) in dem Verbindungsbereich (52) axial schmaler ausgebildet ist als das Ringsegment (10), wobei das Ringsegment (10) getriebewellenseitig zumindest teilweise konisch ausgebildet ist. Ferner betrifft die Erfindung eine Synchronisiereinheit (1) mit einem derartigen Synchronkörper (3).

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Synchronkörper einer Synchronisiereinheit für ein Fahrzeugwechselgetriebe mit einem Nabenteil, der ein Kopplungsmittel zur drehfesten Kopplung mit einer Getriebewelle aufweist, mit mindestens einem Ringsegment, das eine radial gerichtete Verzahnung zum Kämmen mit einer Schiebemuffe aufweist, wobei das Ringsegment und der Nabenteil drehfest verbunden sind und der Nabenteil in dem Bereich, in dem er mit dem Ringsegment verbunden ist, axial schmaler ausgebildet ist als das Ringsegment.
Hintergrund der Erfindung
Synchronisiereinheiten werden in Kraftfahrzeuggetrieben in verschiedenen Varianten eingesetzt. Sie dienen zur Drehzahlanpassung zwischen den zu koppelnden Zahnrädern unterschiedlicher Übersetzungsstufen und damit zur Reduzierung der Schaltkraft und des Verschleißes im Getriebe sowie zur Verbesserung des Schaltkomforts. Eine bekannte Variante ist die Lamellensynchronisation, die für eine relativ hohe Leistungsübertragung geeignet ist. Hierbei erfolgt die Synchronisation durch Lamellen mit Reibflächen. Eine andere, häufig eingesetzte Variante ist meist als Sperrsynchronisation bezeichnet und weist eine Kegel-Reibkupplung auf. Je nach zu synchronisierendem Moment können ein oder mehrere Reibkegel vorhanden sein. Entsprechend ihrer Anzahl wird zwischen Einkonus-Synchronisation oder Mehrkonus-Synchronisation unterschieden.
Um einen korrekten Ablauf des Gangwechsels zu gewährleisten erfolgt durch die Synchronisiereinheit zunächst ein Angleichen der unterschiedlichen Drehzahlen der An- und Abtriebswelle. Erst danach wird durch formschlüssige Verbindung gekuppelt. Anstelle einzelner Wellen werden in der Regel auf einer Abtriebswelle gelagerte Gangräder als Losräder und auf dieser drehfest angeordnete Synchronkörper verbunden. Um sicherzustellen, dass zunächst synchronisiert und erst danach gekuppelt wird, ist eine fein abgestimmte Sperrfunktion erforderlich.
Sperrsynchronisationen weisen meist einen Synchronkörper mit mehreren über den Umfang verteilten Druckstücken als Vorsynchronisationselemente auf. Die Druckstücke sind meistens in radialer Richtung mittels Federn vorgespannt und dienen der Vorsynchronisation. Die eigentliche Synchronisation erfolgt durch eine Kegel-Reibkupplung mit Einfachkonus an einem Kupplungskörper, an einem Synchronring oder am Gangrad selbst. Von dieser Kegel-Reibkupplung wird die gesamte Reibleistung aufgenommen.
Das Drehmoment wird über die Innenverzahnung einer Schiebemuffe übertragen, die im geschalteten Zustand das Losrad bzw. den Kupplungskörper mit dem Synchronkörper verbindet. Die Sperrfunktion ergibt sich durch das Zusammenspiel an Dachverzahnungen des Synchronrings und der Schiebemuffe. Die Schiebemuffe ist mittels ihrer Innenverzahnung drehfest und axial verschiebbar mit einer Außenverzahnung des Synchronkörpers verzahnt und mit einer Außenverzahnung eines Gangradabschnittes oder einer mit einem Gangrad drehfest verbundenen Kupplungsscheibe kuppelbar.
Die Schiebemuffe weist eine radial nach außen gerichtete Nut auf, die relativ zu einer sie betätigenden Schaltgabel rotiert. Die Schaltgabel ist daher in der Neutralstellung möglichst exakt zu positionieren, um unerwünschte Reibungsverluste zu vermeiden. Das Bewegungsspiel der Schiebemuffe wird häufig durch eine Schaltstangenarretierung unterbunden oder zumindest reduziert. Die Schaltarretierung ist getriebegehäusefest angeordnet ist und gegen die die Schaltgabel axial verschiebende Schaltstange vorgespannt. In die Schaltstange ist zu diesem Zweck eine Rastkontur eingebracht oder auf der Schaltstange eine separat hergestellte Rastkontur befestigt, um den gewünschten Schaltkraftverlauf zu realisieren und die Schaltstange in der Neutralstellung und in den geschalteten Gangstellungen zu halten.
Nachteilig an einem derartigen Synchronkörper ist, dass die Synchronringe an diesem nur ungenügend zentriert sind, was hohe Schleppverluste zur Folge haben kann. Ist der Synchronkörper aus Blech aufgebaut oder weist er eine relativ dünnwandige Außenverzahnung auf, ist seine Tragfähigkeit außerdem begrenzt.
Aufgabe der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Synchronkörper sowie Synchronisiereinheit mit einem Synchronkörper zu schaffen, die die vorstehend genannten Nachteile vermeiden.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe wird durch einen Synchronkörper nach Anspruch 1 sowie durch eine Synchronisiereinheit nach Anspruch 7 gelöst. Der Synchronkörper ist demnach als ein Nabenteil ausgebildet, das radial außenseitig mit einem oder mehreren Ringsegmenten versehen ist. Der Nabenteil ist im Bereich der Anbindung der Ringsegmente axial schmaler ausgebildet als die Axialbreite der Ringsegmente. Dadurch weisen die Ringsegmente eine zur Getriebewelle gerichtete, rückwärtige Innenseite auf. Die Innenseite weist einen konischen Verlauf auf, wobei die radiale Dicke des Ringsegments zum Nabenteil zunimmt. Dieser konische Verlauf kann beidseits in Bezug auf die axiale Mitte des Ringsegments realisiert sein, so dass die nach innen weisende Form bei umlaufendem Ringsegment einem Doppelkonus entspricht.
Dadurch dass das Ringsegment im Bereich seiner Anbindung an den Nabenteil eine größere radiale Dicke aufweist, kann größeren Kräften standhalten. Durch die größere Masse kann es für den Fall, dass beispielsweise dünnwandiges Blech als Ringsegment mit dem Nabenteil verschweißt wird, der Verzug vermindert werden. Der Synchronkörper gewinnt insgesamt an Festigkeit.
Die konisch gestalteten Innenseiten der Ringsegmente sind komplementär zu der Außenfläche eines axial anzuordnenden Synchronrings ausgebildet und ermöglichen so dessen Zentrierung in der Neutralstellung. Ein durch ihr Eigengewicht bedingtes Aufliegen auf den Synchronringreibflächen wird dadurch vermieden, und die Schleppmomente können reduziert werden.
Der Synchronkörper kann ein Ringsegment aufweisen, das nach radial außen mit einer Verzahnung für eine Schiebemuffe versehen ist. Alternativ bilden mehrere Ringsegmente gemeinsam die Außenverzahnung für eine Schiebemuffe.
Die Ringsegmente können einteilig mit dem Nabenteil hergestellt werden. Bevorzugt werden sie jedoch separat hergestellt und anschließend mit dem Nabenteil fest verbunden. In diesem Fall können die Ringsegmente aus einem anderen Werkstoff oder aus einem Werkstoff mit einer anderen Dicke als der Nabenteil hergestellt werden. In einer Variante sind die Ringsegmente aus Blech ausgebildet. Um die konische Rückseite zu erzeugen, kann das Blech gewalzt sein. Ein derartiges Ringsegment lässt sich gut mit einem massiven Nabenteil verbinden, um eine hohe Tragfähigkeit bei gleichzeitig niedrigen Herstellungskosten zu erzielen. Auch der Nabelteil kann aus Blech, vorzugsweise Stahlblech, hergestellt sein.
In einer anderen Variante sind die Ringsegmente und/oder der Nabenteil als gesinterte Bauteile ausgebildet.
In einer nächsten Ausgestaltung weisen die Ringsegmente rückseitig, auf ihrer zur Getriebewelle gerichteten Innenseite, Vertiefungen oder Vorsprünge auf. Diese Vertiefungen oder Vorsprünge können für die in einer Synchronisiereinheit axial nachfolgende Außensynchronringe Indexierungsanschläge bilden und damit eine begrenzte, zum Einspuren der Synchronisation erforderliche Relativverdrehung der Synchronringe zum Synchronkörper während des Synchronisierprozesses ermöglichen.
In einer weiteren Ausgestaltung weist der Synchronkörper ein oder mehrere Verzahnungslücken auf. In den Verzahnungslücken lassen sich Vorsynchronisationselemente anordnen, die relativ zum Synchronkörper bewegbar sind. Vorzugsweise weist der Synchronkörper mehrere Verzahnungslücken an seinem Außenumfang auf, die voneinander jeweils durch den gleichen oder nahezu gleichen Winkelabstand beabstandet sind.
Die Verzahnungslücken können auf besonders einfache Weise gebildet werden, indem die Außenverzahnung durch mehrere Ringsegmente gebildet wird, die sich nicht zu einem Vollkreis von 360° ergänzen. Die einzelnen Ringsegmente sind dann voneinander durch die Verzahnungslücken beabstandet. In einer ersten, besonders einfachen Ausgestaltung entspricht die Radialtiefe der Verzahnungslücke daher der Dicke des Ringsegments. Diese Radialtiefe kann für besonders flache Vorsynchronisationselemente wie Biegefedern oder flache Arretierungen ausreichend sein. In besonders bevorzugter Weise können Federn an dem Nabenteil in der Verzahnungslücke verrasten.
Wird hingegen ein größerer radialer Bauraum beispielsweise für eine gekapselte Schraubendruckfeder mit Rastkugel erforderlich, kann der Nabenteil im Bereich der Verzahnungslücke zusätzlich mit einer radialen Einkerbung versehen sein.
Der Nabenteil kann einteilig hergestellt sein. Alternativ ist er durch eine Ringscheibe und eine Kopplungseinheit für die Getriebewelle, die vorzugsweise als eine Verzahnung ausgebildet ist, mehrteilig hergestellt.
In einer nächsten Ausgestaltung ist jeweils ein erstes Vorsynchronisationselement gemeinsam mit einem zweiten Vorsynchronisationselement in einer Verzahnungslücke des Synchronkörpers angeordnet. Der Synchronkörper weist dazu eine Außenverzahnung auf, die aus einzelnen Ringteilen besteht, wobei die Ringteile durch die Verzahnungslücken voneinander in Umfangsrichtung beabstandet sind. Wenn jeweils ein erstes und ein zweites Vorsynchronisationselement in der gleichen Verzahnungslücke angeordnet sind und sich hintergreifen, baut die gemeinsame Verzahnungslücke schmaler als zwei einzelne Verzahnungslücken. Somit stehen insgesamt mehr Zähne der Außenverzahnung zur Drehmomentübertragung zur Verfügung.
In einer nächsten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Vorsynchronisationselement mit dem Synchronkörper einen Indexierungsanschlag bildet. Die Indexierung erfolgt damit nicht zwischen Lappen, die am Ringkörper des Synchronrings angeordnet sind, und am Synchronkörper angeordneten Aussparungen, sondern über ein oder mehrere Vorsynchronisationselemente. Die Herstellung des Synchronrings und des Synchronkörpers vereinfachen sich. Der Synchronkörper braucht keine gesondert einzubringenden Indexierungsanschläge aufzuweisen, wenn die Verzahnungslücken, in die die Vorsynchronisationselemente greifen, ein wenig größer sind als ihr Bauraum in Umfangsrichtung eigentlich erforderte. Vorzugsweise weisen die Verzahnungslücken die Größe auf, die den für die Vorsynchronisationselemente erforderlichen Raum um ein Viertel bis ein Dreiviertel einer Zahnteilung, besonders bevorzugt um eine halbe Zahnteilung, übertrifft.
Ein geeignetes Indexierungselement kann ein Vorsynchronisationselement sein, das als eine Biegefeder ausgebildet ist. Diese kann dann in Umfangsrichtung am Synchronkörper, beispielsweise im Bereich seiner Außenverzahnung, anschlagen. Eine Biegefeder ist einfach zu fertigen. Die Vorsynchronisationselemente können beispielsweise auch als gekapselte, federvorgespannte Rastierelemente ausgebildet sein. Der nicht geschaltete Gang des durch die Schiebemuffe schaltbaren Gangpaares braucht nicht rastiert werden. Somit erfolgt auch keine wesentliche, unbeabsichtigte Vorsynchronisation dieses gegenüberlegenden Gangs. Der geschaltete Gang ist hingegen rastiert, um ein unerwünschtes Herausspringen des Gangs zu verhindern.
Bei leistungsfähigen Synchronisiereinheiten sind für eine sichere Funktion mehrere Indexierungselemente erforderlich. Diese sind vorzugsweise in Umfangsrichtung gleichmäßig voneinander beabstandet. Stattdessen oder zusätzlich können sie untereinander beispielsweise durch einen Ring verbunden sein. Damit ist nur ein Bauteil anstelle von mehreren Vorsynchronisationselementen zu verbauen.
In einer nächsten Ausgestaltung sind die ersten Vorsynchronisationselemente gegen erste Riegelnuten und die zweiten Vorsynchronisationselemente gegen zweite Riegelnuten vorgespannt, wobei die ersten und zweiten Riegelnuten unterschiedliche Nutkonturen aufweisen. Besonders bevorzugt sind die ersten Riegelnuten asymmetrisch ausgebildet und weisen damit im Längsschnitt gesehen ein von der Neutralstellung nicht symmetrisch gestaltetes Profil auf. Durch die Kombination der beiden Konturanstiege der Riegelnuten wird die Schiebemuffe im nicht geschalteten Zustand, wenn die Rastierung ein Gangauslegen verhindert, stets durch einen der Konturanstiege in Richtung der Mittelstellung gezogen. Die Schiebemuffe ist in dieser Mittelstellung, die der Neutralstellung entspricht, spielfrei vorgespannt.
Da die Vorsynchronisationselemente in der Neutralstellung nicht mehr spielbehaftet auf dem Synchronkörper verschiebbar sind, kann die Mittelstellung als Mittenzentrierung dienen und macht eine externe Mittenzentrierung, beispielsweise durch eine Schaltarretierung an der Schaltstange überflüssig. Ferner wird der axial vorzuhaltende Bauraum der Synchronisiereinheit dadurch verkürzt.
Die Erfindung ist bei manuell zu schaltenden Handschaltgetrieben genauso einsetzbar wie bei automatisierten Schaltgetrieben. Sie ermöglicht eine Mittenrastierung und Endlagenrastierungen, ohne den jeweils gegenüberliegenden Gang zu beeinflussen. Ein unerwünschtes Vorsynchronisieren wird somit vermieden und die Schleppmomente reduziert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Schaltvorrichtung mit einer ersten erfindungsgemäßen Synchronisiereinheit in perspektivischer Schrägansicht,
2a, 2b einen Längsschnitt der Synchronisiereinheit nach 1 in Neutralstellung,
3a, 3b einen Längsschnitt der Synchronisiereinheit nach 1 während der Vorsynchronisation,
4a, 4b einen Längsschnitt der Synchronisiereinheit nach 1 in geschalteter Endlage,
5a, 5b einen Längsschnitt der Synchronisiereinheit nach 1 während des Gangauslegens,
6 einen perspektivische Ansicht eines Teils einer zweiten, erfindungsgemäßen Synchronisiereinheit mit einem Synchronkörper und als Federn ausgebildeten Vorsynchronisationselementen,
7 einen perspektivische Ansicht eines Teils der Schiebemuffe der zweiten Synchronisiereinheit nach 6,
8 eine Aufsicht auf die zweite Synchronisiereinheit nach 6 ohne die Schiebemuffe,
9 einen Längsschnitt des Synchronkörpers der zweiten Synchronisiereinheit nach 6 ohne die Schiebemuffe,
10a, 10b einen Teillängsschnitt der zweiten Synchronisiereinheit nach 6 in einer Endposition und einer Mittenposition und
11 einen Querschnitt der zweiten Synchronisiereinheit nach 6.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine Synchronisiereinheit 1 als Teil einer Schaltvorrichtung 2 zur Drehzahlangleichung von zwei auf einer nicht dargestellten Getriebewelle als Losräder gelagerten Gangrädern 12, 22 mit einem drehfest mit der Getriebewelle verbundenen Synchronkörper 3. Axial zwischen den Gangrädern 12, 22 und dem Synchronkörper 3 sind jeweils mehrere Synchronringe 11, 21 angeordnet, um die mit der Angleichung der Drehzahldifferenz verbundene Umwandlung der Rotations- in Wärmeenergie zu ermöglichen. Dazu umgreift eine Schiebemuffe 5 den Synchronkörper 3 und ist über ihre Innenverzahnung 6 mit einer Außenverzahnung 4 des Synchronkörpers 3 drehfest verzahnt.
In der Neutralstellung ist die Schiebemuffe 5 auf dem Synchronkörper 3 mittig angeordnet. Die Gangräder 12, 22 sind zur Schiebemuffe 5 frei beweglich. Um ein unerwünschtes Ansynchronisieren der nicht geschalteten Gangräder 12, 22 zu verhindern, ist die Schiebemuffe 5 in der Neutralstellung fixiert. Die Art der Fixierung wird nachfolgend genauer erläutert.
Die Schiebemuffe 5 ist auf dem Synchronkörper 3 mittels einer Schaltgabel 31 axial verschiebbar. Dazu greift die über eine Schaltstange 34 betätigbare Schaltgabel 31 in eine radial nach außen weisende Ringnut 33 der Schiebemuffe 5 ein. Zur Verschleißminderung, aber auch zum Ausgleich von Toleranzen sind die Teile der Schaltgabel 31, die in zeitweise in Reibkontakt mit der Schiebemuffe 5 bringbar sind, mit Gleitschuhen 32 versehen.
Das Einlegen des Ganges, der dem Gangrad 12 zugeordnet ist, erfolgt durch Axialverschiebung der Schaltgabel 31, die axial fest an einer Schaltstange 34 angeordnet ist. Die Schaltgabel 31 verschiebt über die Ringnut 33 der Schiebemuffe 5 diese axial. Die Drehzahlen der Schiebemuffe 5 und des Gangrads 12 stimmen im allgemeinen nicht überein, so dass die Verzahnung des mit dem Gangrad 12 verbundenen Kupplungskörpers 18 mit der Innenverzahnung 6 der Schiebemuffe 5 noch nicht verzahnen kann. Zunächst muss daher über den ersten Synchronring 11 ein Gleichlauf zwischen dem Synchronkörper 3 und dem Gangrad 12 hergestellt werden.
Dazu wird zunächst der Vorsynchronisationsprozess zur Axialverschiebung der ersten Synchronringe 11 durch ein erstes Vorsynchronisationselement 14 eingeleitet. Das Vorsynchronisationselement 14 ist zwischen der Schiebemuffe 5 und dem Synchronkörper 3 an dessen Außenumfang axial verschieblich angeordnet. Dazu ist es in einer Verzahnungslücke 7 der Außenverzahnung 4 des Synchronkörpers 3 angeordnet. Ferner ist das Vorsynchronisationselement 14 gegen die Schiebemuffe 5 vorgespannt, damit diese es bei der Betätigung der Schiebemuffe 5 durch die Schaltgabel 31 mitnimmt. Über das Vorsynchronisationselement 14 erfolgt dann eine Axialverschiebung der konischen ersten Synchronringe 11, wobei der innere der ersten Synchronringe 11 letztlich an dem Gangrad 12 reibt. Vorliegend handelt es sich um eine Mehrfachkonussynchronisierung. Die ersten Synchronringe 11 bilden ein Synchronringpaket mit einem Außensynchronring 35, der über einen mit einzelnen Reibelementen 36 versehenen Zwischensynchronring 37 und einen Innensynchronring 38 an dem Gangrad 12 reibt. Der erste Synchronring 11 weist eine erste Sperrverzahnung 16 auf, um ein Durchschalten der Schiebemuffe 5 im unsynchronisierten Zustand zu verhindern. Sind das zu schaltende Gangrad 12 und die Schiebemuffe 5 synchronisiert, lässt sich der die erste Sperrverzahnung 16 tragende Außensynchronring 35 in Bezug auf die rotierende Schiebemuffe 5 leicht rückwärts bewegen, so dass die Schiebemuffe 5 axial weiter verschoben werden kann. Dabei gleitet das am Synchronkörper 3 nicht oder nur begrenzt verschiebbare Vorsynchronisationselement 14 aus der Mittenposition der Schiebemuffe 5 heraus.
Das Schalten des gegenüberliegenden zweiten Gangrads 22 über das zweite Synchronringpaket 22 erfolgt in analoger Weise. Jedoch ist zur Betätigung des zweiten Synchronrings 21 ein anderes, zweites Vorsynchronisationselement 24 vorgesehen, das ansonsten wie das erste Vorsynchronisationselement 14 aufgebaut ist. Die beiden Vorsynchronisationselemente 14 und 24 betätigen jeweils unterschiedliche Synchronringe 12 und 22. Je Schaltrichtung bewirken also entweder nur die ersten Vorsynchronisationselemente 14 oder die zweiten Vorsynchronisationselemente 24 die Vorsynchronisation.
Die 2a bis 5a und 2b bis 5b stellen unterschiedliche Längsschnitte der Synchronisiereinheit 1 nach 1 dar, wobei in den 2a bis 5a jeweils ein Schnitt durch das erste Vorsynchronisationselement 14 dargestellt ist und in den 2b bis 5b ein Schnitt durch das zweite Vorsynchronisationselement 24.
Zur Überlastsicherung weist die Schaltvorrichtung 2 zusätzlich jeweils Axialanschläge 54 auf, die bei Einleitung von Missbrauchskräften eine zu weite Axialverschiebung der Schaltgabel 31 unterbinden. Die Vorsynchronisationselemente 14, 24 brauchen diese Kräfte nicht aufnehmen.
Die 2a und 2b zeigen die Synchronisiereinheit 1 in der Neutralstellung. Die Schaltgabel 31 ist in dieser Position von den Nutwänden der Ringnut 33 der Schiebemuffe 5 jeweils beabstandet. Die Axialposition der Schiebemuffe 5 ist durch ein Zusammenwirken der Vorsynchronisationselemente 14, 24 gesichert. Dazu ist das Vorsynchronisationselement 14 axial beweglich an dem Außenumfang des Synchronkörpers 3 angeordnet. Mittels einer Feder 39 ist es gegen eine erste Riegelnut 15 vorgespannt, die in einen der Schiebemuffenzähne 8 eingebracht ist. Der Konturverlauf der ersten Riegelnut 15 ist asymmetrisch, wobei er in der Neutralstellung, vorliegend genau mittig, die erste Ausnehmung 20 aufweist, so dass die Vorspannung der Feder 39 in dieser Position am geringsten ist. Es ist nicht erforderlich, dass das erste Vorsynchronisationselement 14 in dieser Position verrastet. Die Kontur weist einen etwa S-förmigen Verlauf auf und ist derart ausgestaltet, dass auf der dem durch das Vorsynchronisationselement 14 zu schaltende erste Gangrad 12 abgewandten Seite benachbart zu der Neutralposition ein Vorsprung 40 angeordnet ist, während auf der zugewandten Seite ein Bereich konstanter Steigung als flache Flanke 49 in Form einer schiefen Ebene anschließt. Der Konturverlauf der zweiten Riegelnut 25 entspricht dem der ersten Riegelnut 15, mit dem Unterschied, dass dieser um 180° versetzt ist. Durch die asymmetrisch gestalteten Riegelnuten 15, 25 wird jeweils eine Kraft generiert, die von der Radialrichtung abweicht. Ihre Vektorsumme ist in der Neutralstellung aus Symmetriegründen jedoch wieder eine Radialkraft, so dass die Schiebemuffe 5 in dieser Position ohne externen Kraftaufwand gehalten ist. Die axialen Vorspannungen der beiden Vorsynchronisationselemente 15, 25 heben sich in der Neutralstellung somit gegeneinander auf.
Wird die Schaltgabel 31 aus der Mittenposition bewegt (3a, 3b), übt sie eine Axialkraft auf die Schiebemuffe 5 aus. Durch den Vorsprung 40 der ersten Riegelnut 15, der eine größere Steigung aufweist als die flache Flanke 49 der zweiten Riegelnut 25 wird das erste Vorsynchronisationselement 14 axial mitgenommen. Über erste Kopplungsmittel 17 ist das erste Vorsynchronisationselement 14 axial fest mit dem Außensynchronring 35 der ersten Synchronringe 11 verbunden, so dass ein Verschieben des Vorsynchronisationselements 14 stets zu einer Axialverschiebung des Außensynchronrings 35 führt. Bis zur Vorsynchronisation ist es lediglich erforderlich, die Kraft des zweiten Vorsynchronisationselements 24 zu überwinden. Ab der Vorsynchronisation muss zusätzlich die Kraft, die durch das erste Vorsynchronisationselement 14 erzeugt wird, überwunden werden.
Nach Abschluss des Vorsynchronisationsprozesses und nach anschließendem Abschluss des Synchronisierprozesses kann die Schiebemuffe 5 axial weiter verschoben werden und den Formschluss mit dem ersten Kupplungskörper 18 herstellen (4a und 4b). Das erste Vorsynchronisationselement 14 gleitet dann über den Vorsprung 40 und ist durch die Rückseite des Vorsprunges 40 gesichert, so dass die Schiebemuffe 5 ohne extern eingeleitete Kraft nicht wieder zurückbewegt werden kann. Das zweite Vorsynchronisationselement 24 wirkt leicht dagegen und hält den zweiten Synchronring 21 in Mittelstellung.
Wird der geschaltete Gang wieder ausgelegt (5a, 5b), wird aufgrund der axialen Kopplung des ersten Außensynchronrings 19 mit dem ersten Vorsynchronisationselement 14 dieser ebenfalls axial in Richtung des Synchronkörpers 3 bewegt. Die Kraft des zweiten Vorsynchronisationselements 24 wirkt leicht unterstützend.
Ein Schalten des gegenüberliegenden Gangrads 22 erfolgt auf analoge Weise.
Während des Ein- und Auslegens des dem ersten Gangrad 12 zugeordneten Gangs bewegt sich das zweite Vorsynchronisationselement 24 in Bezug auf den Synchronkörper 3 nicht. Da durch zweite Kopplungsmittel 27 der zweite Außensynchronring 29 axial fest an das zweite Vorsynchronisationselement 24 gekoppelt ist, ist dieser auch stationär. Dadurch werden die Schleppmomente im nicht geschalteten Gang reduziert. Das axiale Spiel der gesamten Synchronisiereinheit 1 ist verringert, so dass die Synchronisiereinheit 1 weniger Bauraum benötigt.
Die 6 bis 11 zeigen eine weitere Synchronisiereinheit 1, bei der die Vorsynchronisationselemente 14 und 24 jeweils als Formfedern ausgebildet sind. Die Formfedern sind fest mit jeweils einem der Außensynchronringe 19 bzw. 29 verbunden und können am Synchronkörper 3 verrasten. Die Formfedern sind als L-förmige Blechfedern gestaltet und weisen an ihrem axial auskragenden Ende jeweils eine Wölbung 42 auf, die rückseitig zum Synchronkörper 3 gerichtet wegen der konstanten Blechdicke eine Federnut 43 bildet. Mittels der Federnut 43 kann das jeweilige Vorsynchronisationselement 14 bzw. 24 an einem in Umfangsrichtung gerichteten Steg 9 des Synchronkörpers 3 verrasten. Der Steg 9 (8 und 9) wird durch eine Ringscheibe 45 gebildet, die Teil eines Nabenteils 51 ist. Das Nabenteil 51 weist eine Kopplungseinheit 46 in Form einer Wellenverzahnung zur drehfesten Anbindung an die Getriebewelle auf. Auf der Ringscheibe 45 sind in einem Verbindungsbereich 52 einzelne Ringsegmente 10 befestigt, die nach 52 einzelne Ringsegmente 10 befestigt, die nach außen weisende Segmentverzahnungen 47 aufweisen. Die einzelnen Ringsegmente 10 sind jeweils durch Verzahnungslücken 7 voneinander beabstandet. Die Verzahnungslücken 7 sind etwas breiter als die Vorsynchronisationselemente 14, 24, so dass sie mit den Außensynchronringen 19, 29 relativ zum Synchronkörper 3 leicht verdrehbar sind und gleichzeitig einen Indexierungsanschlag bilden können.
Die Ringsegmente 10 sind auf ihrer zur Getriebewelle hin gerichteten Innenseite 50 doppelt konisch ausgebildet, wobei jeweils die radiale Dicke der Ringsegmente 10 zu ihrer Axialmitte hin zunimmt. Radial mittig weist ein Ringsegment 10 eine Segmentnut 53 auf, in der der Nabenteil 51 mit dem Ringsegment 10 verbunden ist.
Die Schiebemuffe 5 weist Riegelnuten 15, 25 für die Vorsynchronisationselemente 14. 24 auf, die ausgehend von der Neutralposition eine steile Flanke 48 und eine flachere Flanke 49 aufweisen. An die steile Flanke 48 schließt sich ein kurzer Abschnitt konstanter Höhe 41 an und nachfolgend eine Rastmulde 35 für die Wölbungen 42 des jeweiligen Vorsynchronisationselements 14, 24.
Bezugszeichenliste

1: Synchronisiereinheit
2: Schaltvorrichtung
3: Synchronkörper
4: Außenverzahnung
5: Schiebemuffe
6: Innenverzahnung
7: Verzahnungslücke
8: Schiebemuffenzahn
9: Steg
10: Ringsegment
11: erster Synchronring
12: erstes Gangrad
13: erste Axialseite
14: erstes Vorsynchronisationselement
15: erste Riegelnut
16: erste Sperrverzahnung
17: erste Kopplungsmittel
18: erster Kupplungskörper
19: erster Außensynchronring
20: erste Ausnehmung
21: zweiter Synchronring
22: zweites Gangrad
23: zweite Axialseite
24: zweites Vorsynchronisationselement
25: zweite Riegelnut
26: zweite Sperrverzahnung
27: zweite Kopplungsmittel
28: zweiter Kupplungskörper
29: zweiter Außensynchronring
30: zweite Ausnehmung
31: Schaltgabel
32: Gleitschuh
33: Ringnut
34: Schaltstange
35: Rastmulde
36: Reibelement
37: Zwischensynchronring
38: Innensynchronring
39: Feder
40: Vorsprung
41: Abschnitt konstanter Höhe
42: Wölbung
43: Federnut
44: Steg
45: Ringscheibe
46: Kopplungseinheit
47: Segmentverzahnung
48: steile Flanke
49: flache Flanke
50: Innenseite
51: Nabenteil
52: Verbindungsbereich
53: Segmentnut
54: Axialanschlag

Claims

Synchronkörper (3) einer Synchronisiereinheit (1) für ein Fahrzeugwechselgetriebe, aufweisend – ein Nabenteil (51) mit einer Kopplungseinheit (46) zur drehfesten Kopplung mit einer Getriebewelle, – mindestens ein Ringsegment (10), das eine radial gerichtete Segmentverzahnung (47) zum Kämmen mit einer Schiebemuffe (5) aufweist, wobei das Ringsegment (10) und der Nabenteil (51) in einem Verbindungsbereich (52) drehfest verbunden sind und der Nabenteil (51) in dem Verbindungsbereich (52) axial schmaler ausgebildet ist als das Ringsegment (10), dadurch gekennzeichnet, dass – das Ringsegment (10) getriebewellenseitig zumindest teilweise konisch ausgebildet ist.
Synchronkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ringsegment (10) ein gesintertes Bauteil ist.
Synchronkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ringsegment (10) ein Blechbauteil ist.
Synchronkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Synchronkörper (3) mehrere Ringsegmente (10) aufweist, deren Segmentverzahnungen (47) gemeinsam eine Außenverzahnung (4) bilden.
Synchronkörper nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringsegmente (10) durch Verzahnungslücken (7) voneinander beabstandet sind. wobei die radiale Tiefe der Verzahnungslücken (7) der radialen Dicke des Ringsegments (10) entspricht.
Synchronkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ringsegment (10) auf seiner Innenseite (50) Vertiefungen oder Vorsprünge aufweist.
Synchronisiereinheit (1) mit einem Synchronkörper (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Synchronisiereinheit mit einem Synchronkörper nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronisiereinheit (1) einen axial versetzt zum Synchronkörper (3) angeordneten Synchronring (11, 21) aufweist, für den die Vertiefungen oder Vorsprünge Indexierungselemente bilden.