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Die Erfindung betrifft eine Synchronisiereinrichtung für ein Synchron-Schaltgetriebe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Beim Schalten einer Gangstufe eines synchronisierten Schaltgetriebes wird eine auf einer angetriebenen Welle drehfest jedoch axial verschiebbare Schaltmuffe mittelbar mittels eines von einem Fahrer betätigten Schalthebels axial verschoben und drückt dabei einen mit einem Reibkonus ausgestatteten Sperr-Synchronring gegen einen Gegenkonus eines mit einem Getriebezahnrad verbundenen Kupplungskörpers, so dass dieser mit dem Getriebezahnrad zunächst auf eine synchrone Drehzahl gebracht wird, worauf dann die Schaltmuffe mit dem Kupplungskörper formschlüssig gekoppelt wird. Der herkömmliche Synchronisiervorgang gliedert sich bekanntermaßen in die folgenden Phasen:
- 1. Ansynchronisieren: Die Schaltmuffe wird axial verschoben und dabei ein Druckstück mitgenommen. Durch diese Axialkraft kommt es zu einem Reibkontakt des Synchronrings auf dem Reibkonus des Kupplungskörpers, wodurch der Synchronring in seine Sperrstellung geht.
- 2. Synchronisieren/Sperren: Durch eine weitere Axialbewegung der Schaltmuffe und das Überschieben des Druckstückes kommt es zum Kontakt der Keilflächen der Sperrverzahnung der Schaltmuffe und des Synchronrings. Solange der Kupplungskörper hinsichtlich seiner Drehzahl noch nicht synchronisiert ist, wird über die zusammenwirkenden Keilflächen eine axiale Kraftkomponente und ein Drehmoment übertragen, d.h. der Synchronring leistet einen Widerstand gegen eine Verdrehung. Die Dachwinkel der zusammenwirkenden Keilflächen sind so ausgelegt und aufeinander abgestimmt, dass bei dem vorhandenen Drehmoment eine weitere axiale Bewegung der Schaltmuffe gesperrt wird.
- 3. Entsperren: Sobald eine zur Schaltmuffe synchrone Drehzahl des Kupplungskörpers erreicht ist, wird über die zusammenwirkenden Keilflächen der Schaltmuffe und des Synchronringes kein Drehmoment mehr übertragen, d.h. der Synchronring bietet keinen Widerstand gegen Verdrehung, so dass der Synchronring bei einer weiteren axialen Bewegung der Schaltmuffe aus seiner Sperrposition herausgedreht wird.
- 4. Einspuren: Bei einer weiteren axialen Verschiebung der Schaltmuffe kommt die Schaltmuffenverzahnung mit der Schaltverzahnung des Kupplungskörpers in Eingriff, wobei wegen der zusammenwirkenden Keilflächen die Verzahnungen so gegeneinander verdreht werden, dass die Zähne der einen Verzahnung zu entsprechenden Zahnlücken der anderen Verzahnung fluchten.
- 5. Überschieben: In dieser Phase gelangen die Zähne der einen Verzahnung in die Zahnlücken der anderen Verzahnung und bilden den für die Übertragung des Antriebsdrehmomentes erforderlichen korrekten Formschluss.
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Nachdem die Schaltmuffenverzahlung außer Eingriff mit der Sperrverzahnung des Synchronrings gekommen ist und bevor sie in Eingriff mit der Schaltverzahnung des Kupplungskörpers gelangt, legt sie einen freien axialen Weg zurück, den so genannten Freiflugweg. Während dieser Teilphase des Schaltvorgangs wird von der Schaltmuffe keine axiale Kraftkomponente auf den Synchronring ausgeübt, so dass der Reibschluss zwischen dessen Reibkonus und dem Gegenkonus des Kupplungskörpers aufgehoben wird. Dies kann zu einem erneuten Aufbau einer Drehzahldifferenz zwischen der Schaltmuffe und dem zu synchronisierenden Getriebezahnrad führen. Gründe hierfür liegen zum einen in dem Wirken des Getriebeschleppmomentes und zum anderen in der elastischen Relaxation des Fahrzeugabtriebsstranges während des Schaltvorgangs. Wegen des erneuten Aufbaus einer Drehzahldifferenz kommt es zu einem gestörten Einspurvorgang, welcher sich durch Schaltkomforteinschränkungen in Form von unerwünschten Geräuschen bemerkbar macht.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Synchronisiereinrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art zu schaffen, bei der ein solcher Freiflugweg nicht gegeben ist, so dass die damit in Verbindung stehenden Nachteile nicht auftreten.
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Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Hauptanspruches, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar sind.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass zur Lösung der oben genannten Aufgabe zumindest eine geringfügige Überlappung einer Sperrphase einerseits und der Einspurphase andererseits gegeben sein sollte.
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Demnach geht die Erfindung aus von einer Synchronisiereinrichtung für ein Synchron-Schaltgetriebe, aufweisend eine Schaltmuffe mit einer Schaltmuffenverzahnung, einen Sperr-Synchronring mit einer mit der Schaltmuffenverzahnung über firstartige Keilflächen zusammenwirkende Sperrverzahnung, und einen mit einem zu schaltenden Getriebezahnrad verbundenen Kupplungskörper mit einer ebenfalls mit der Schaltmuffenverzahnung über firstartige Keilflächen zusammenwirkenden Schaltverzahnung, wobei die Keilflächen der Sperrverzahnung sich jeweils aus einem ersten, firstnahen Flächenabschnitt und einem daran anschließenden zweiten, firstfernen Flächenabschnitt mit unterschiedlichen Dachwinkeln zusammensetzen.
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Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist dabei vorgesehen, dass bei der Sperrverzahnung der Dachwinkel der zweiten, firstfernen Flächenabschnitte kleiner ist als der Dachwinkel der ersten, firstnahen Flächenabschnitte, und dass die axiale Tiefe der zweiten, firstfernen Flächenabschnitte so bemessen ist, dass sich bei einem Schaltvorgang diejenige Eingriffsphase, bei der die Schaltmuffenverzahnung mit den zweiten, firstfernen Flächenabschnitten der Zähne der Sperrverzahnung des Synchronrings zusammenwirkt, und diejenige Eingriffsphase, bei der die Schaltmuffenverzahnung mit den Keilflächen der Schaltverzahnung des Kupplungskörpers zusammenwirkt, zeitlich überlappen.
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Aus der
DE 23 24 860 C3 ist bereits eine Synchronisiereinrichtung mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art bekannt, bei der die Keilflächen der Sperrverzahnung des Synchronrings sich jeweils aus einem ersten, firstnahen Flächenabschnitt und einem daran anschließenden zweiten, firstfernen Flächenabschnitt mit unterschiedlichen Dachwinkeln zusammensetzen. Dabei sind jedoch die Dachwinkel der zweiten, firstfernen Flächenabschnitte größer als die der ersten, firstnahen Flächenabschnitte, um ein Einspuren der Schaltmuffenverzahnung in die Sperrverzahnung zu verzögern und damit Fehlsynchronisationen auszuschließen sowie übermäßigen Verschleiß zu verhindern. Nach Abschluss des Synchronisiervorganges soll ein "Ruck" auftreten, die Spitzen der Schaltmuffenverzahnung sollen von den zweiten Flächenabschnitten "abrutschen" und "rasch", d.h. über einen zumindest kurzen Freiflugweg zwischen die Keilzähne der Schaltverzahnung hineingleiten. Dabei soll ausdrücklich ausgeschlossen werden, dass die Schaltmuffe nach Beendigung des Synchronisiervorgangs den Synchronring weiter gegen den Kupplungskörper drückt (siehe Spalte 2, Zeile 58 bis Spalte 3, Zeile 3 dieser Druckschrift). Eine zeitliche Überlappung der Eingriffsphase der Schaltmuffe mit der Sperrverzahnung einerseits und mit der Schaltverzahnung andererseits ist nicht vorgesehen.
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Die Funktion der Synchronisiereinrichtung mit den Merkmalen der Erfindung wird nachfolgend beschrieben:
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Das Ansynchronisieren (Phase 1) und das Synchronisieren/Sperren (Phase 2) erfolgen in der gleichen Weise wie bei bisherig bekannten Synchronisiereinrichtungen über einen Kontakt der Schaltmuffenverzahnung mit den jeweiligen ersten Flächenabschnitten der Sperrverzahnung des Synchronrings. Das Entsperren (Phase 3) vollzieht sich gemäß der Erfindung in mehreren Schritten, die in der Zeichnungsbeschreibung als Phasen A bis F bezeichnet sind. Beim Kontaktübergang der Schaltmuffenverzahnung zu den zweiten Flächenabschnitten der Sperrverzahnung des Synchronrings besteht noch kein Kontakt der Schaltmuffenverzahnung mit der Schaltverzahnung des Kupplungskörpers. Bei der anschließenden Bewegung der Schaltmuffenverzahnung entlang den zweiten Flächenabschnitten der Sperrverzahnung des Synchronrings wird der Synchronring weiter entsperrt. Dabei wirkt weiterhin eine Axialkraftkomponente auf den Synchronring, so dass ein Reibschluss zwischen dem Reibkonus des Synchronrings und dem Gegenkonus des Kupplungskörpers aufrechterhalten bleibt. Die auf den Synchronring wirkende Axialkraft muss dabei so groß sein, dass keine Drehzahldifferenz zwischen Synchronring und Kupplungskörper aufgebaut werden kann. Eine axiale Weiterbewegung der Schaltmuffe bei Fortbestehen des Kontaktes zwischen der Schaltmuffenverzahnung und den zweiten Flächenabschnitten der Sperrverzahnung des Synchronrings führt zu einem Eingriff der Schaltmuffenverzahnung in die Schaltverzahnung des Kupplungskörpers, wobei die bisher übliche Freiflugphase entfällt. Dabei werden der Synchronring und der Kupplungskörper verdreht, bis der Entsperrvorgang abgeschlossen ist, wie an einem Ausführungsbeispiel noch genauer dargelegt wird. In der nachfolgenden Phase wird das Einspuren der Schaltmuffenverzahnung in die Schaltverzahnung und das abschließende Überschieben derselben in diese Schaltverzahnung wieder in herkömmlicher Weise beendet (Phasen 4 und 5).
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Durch den Fortfall der Freiflugphase ergibt sich eine Schaltkomfortverbesserung, weil ein erneuter Aufbau einer Drehzahldifferenz zwischen Schaltmuffe und Kupplungskörper in der weiter vorne beschriebenen Weise vermieden wird.
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Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Keilflächen der Schaltmuffenverzahnung, der Sperrverzahnung des Synchronrings und der Schaltverzahnung des Kupplungskörpers jeweils symmetrisch zu einer den zugeordneten First enthaltenden Radialebene sind. Die Keilflächen stehen demnach jeweils im gleichen Winkel zu dieser Radialfläche, so dass der Synchronisiervorgang beim Hochschalten und beim Zurückschalten in gleicher Weise abläuft.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Dachwinkel der ersten, firstnahen Flächenabschnitte der Sperrverzahnung des Synchronrings gleich dem Dachwinkel der Schaltmuffenverzahnung ist, d.h. die firstnahen Flächenabschnitte der Sperrverzahnung des Synchronrings und die Keilflächen der Schaltmuffenverzahnung liegen flächig aneinander an, womit ein Verschleiß der zusammenwirkenden Flächen minimiert wird.
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Der Dachwinkel der zweiten, firstfernen Flächenabschnitte der Sperrverzahnung des Synchronrings ist kleiner als der Dachwinkel der ersten, firstnahen Flächenabschnitte und folgerichtig kleiner als der Dachwinkel der Schaltmuffenverzahnung, so dass sich beim Eingriff der zugeordneten Flächen ein Linienkontakt einstellt.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels weiter erläutert. Dazu ist der Beschreibung eine Zeichnung beigefügt. Diese zeigt in einer schematischen Darstellung in sechs aufeinanderfolgenden Phasen A bis F den Ablauf eines Synchronisiervorganges eines Schaltgetriebes.
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Mit dem Pfeil 2 ist gemäß einer gebräuchlichen Darstellung eine axiale Bewegungsrichtung und mit dem Pfeil 4 eine Bewegung in Umfangsrichtung der an dem Synchronisiervorgang beteiligten, zumindest weitgehend rotationssymmetrischen Bauteile angegeben.
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Eine Schaltmuffenverzahnung ist schematisch durch den Zahn 6, die Sperrverzahnung eines Synchronringes durch den Zahn 8 und die Schaltverzahnung eines Kupplungskörpers durch den Zahn 10 repräsentiert. Alle anderen, hier nicht dargestellten Zähne dieser Bauteile sind jeweils identisch ausgebildet.
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Der Zahn 6 der Schaltmuffenverzahnung weist eine erste Keilfläche 12 und eine zweite Keilfläche 14 auf, die zu einer den zugeordneten First 16 enthaltenden Radialebene 18 symmetrisch sind. Die Keilflächen 12, 14 schließen den Dachwinkel α ein (siehe bei Phasen A, E).
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Der Zahn 10 der Schaltverzahnung des Kupplungskörpers weist entsprechend zwei zu einer den zugeordneten First enthaltenden, nicht dargestellten Radialebene symmetrische erste und zweite Keilflächen 20, 22 auf. Die beiden Keilflächen 20, 22 schließen den Dachwinkel β ein, wie bei Phase A gezeigt.
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Der Zahn 8 der Sperrverzahnung des Synchronringes weist ebenfalls zu einer den zugeordneten First enthaltenden Radialfläche symmetrische Keilflächen auf, die sich jeweils aus einem ersten, firstnahen Flächenabschnitt 24, 26 sowie einem zweiten, firstfernen Flächenabschnitt 28, 30 zusammensetzen (siehe bei Phase E). Die beiden ersten Flächenabschnitte 24, 26 schließen den Dachwinkel γ ein, während die beiden zweiten Flächenabschnitte 28, 30 den gegenüber dem Dachwinkel γ kleineren Dachwinkel δ einschließen (siehe bei Phase F).
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Das Ansynchronisieren und das Synchronisieren/Sperren (Phasen 1 und 2) laufen in herkömmlicher Weise ab, wie vorne bereits beschrieben wurde.
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In der Phase A gemäß der beigefügten Zeichnung erfolgt nach Erreichen des Gleichlaufs der Zähne 6 und 10 weiterhin das Entsperren der Synchronisierung über die Keilflächen 12, 14; 20, 22 mit den Winkeln α bzw. γ. Beim Wechsel von der Phase A zur Phase B, also dem Übergang des Eingriffs der Schaltmuffenverzahnung 6 mit der Sperrverzahnung 8 vom Winkel γ zum Winkel δ, haben die Zähne 6 der Schaltmuffe noch keinen Kontakt mit den Zähnen 10 der Schaltverzahnung des Kupplungskörpers. In der Phase B entsperrt die Schaltmuffe (Schaltmuffenverzahnung 6) den Synchronring (Sperrverzahnung 8) über den Winkel δ weiter. Dabei wirkt jedoch weiterhin eine Axialkraftkomponente auf den Synchronring bzw. dessen Zähne 8 und hält den Reibschluss zwischen Synchronring und Kupplungskörper 10 aufrecht. Die aus dem Winkel δ resultierende Axialkraft muss dabei so groß sein, dass keine Drehzahldifferenz zwischen Synchronring (Sperrverzahnung 8) und Kupplungskörper (Schaltverzahnung 10) aufgebaut werden kann. Die axiale Weiterbewegung der Schaltmuffenverzahnung 6 führt zum Kontakt derselben mit der Schaltverzahnung 10 des Kupplungskörpers (Phase C). Hierbei bleibt die auf den Synchronring wirkende Axialkraft unverändert. Durch das Weiterbewegen der Schaltmuffe werden der Synchronring und der Kupplungskörper (Zähne 8, 10) entgegengesetzt verdreht, bis das Entsperren abgeschlossen ist (Phase D). In der Phase E wird das Einspuren der Schaltmuffenverzahnung 6 in die Schaltverzahnung 10 des Kupplungskörpers und in der Phase F das abschließende Überschieben der Schaltmuffenverzahnung 6 in die Schaltverzahnung 10 des Kupplungskörpers in herkömmlicher Weise abgeschlossen (entsprechend der vorne genannten Phase 5).
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Pfeil
- 4
- Pfeil
- 6
- Zahn einer Schaltmuffe; Schaltmuffenverzahnung
- 8
- Zahn eines Synchronrings; Sperrverzahnung
- 10
- Zahn eines Kupplungskörpers; Schaltverzahnung
- 12
- Erste Keilfläche eines Zahns der Schaltmuffe
- 14
- Zweite Keilfläche eines Zahns der Schaltmuffe
- 16
- First eines Zahns der Schaltmuffe
- 18
- Radialebene
- 20
- Erste Keilfläche eines Zahns des Kupplungskörpers
- 22
- Zweite Keilfläche eines Zahns des Kupplungskörpers
- 24
- Erster, firstnaher Flächenabschnitt an einem Zahn 8 des Synchronrings
- 26
- Erster, firstnaher Flächenabschnitt an einem Zahn 8 des Synchronrings
- 28
- Zweiter, firstferner Flächenabschnitt an einem Zahn 8 des Synchronrings
- 30
- Zweiter, firstferner Flächenabschnitt an einem Zahn 8 des Synchronrings
- T
- Axiale Tiefe der zweiten Flächenabschnitte 28, 30
- α
- Dachwinkel eines Zahns der Schaltmuffe
- β
- Dachwinkel eines Zahns des Kupplungskörpers
- γ
- Erster Dachwinkel eines Zahns des Synchronrings
- δ
- Zweiter Dachwinkel eines Zahns des Synchronrings
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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