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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Synchronisiereinrichtung für ein Kraftfahrzeugwechselgetriebe mit einem Schaltmuffenträger als einem Getriebebauteil, der eine Außenverzahnung mit ersten, axial gerichteten Zähnen aufweist, einer Schaltmuffe einem weiteren Getriebebauteil, die eine Innenverzahnung mit zweiten axial gerichteten Zähnen zum Eingriff in die Außenverzahnung aufweist und auf dem Schaltmuffenträger axial verschiebbar ist, einem Rastmittel, das durch eines der Getriebebauteile geführt ist und gegen das andere der Getriebebauteile verrastbar ist, und einer Rastausnehmung für das Rastmittel, wobei die Rastausnehmung in zumindest einem Zahn der Verzahnungen angeordnet ist.
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Hintergrund der Erfindung
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In handgeschalteten Getrieben werden Synchronisiereinrichtungen eingesetzt, um auf komfortable Art ein Schalten zwischen den einzelnen Gangstufen zu ermöglichen. Beim Schaltvorgang wird mittels verschiedener Elemente der Synchronisiereinrichtung die Umfangsgeschwindigkeit eines Gangrads der Umfangsgeschwindigkeit der Getriebewelle angepasst und dann eine formschlüssige Verbindung zwischen der Getriebewelle und diesem Gangrad hergestellt. Durch einen Schaltmuffenträger sind die Getriebewelle und eine Schaltmuffe der Synchronisiereinrichtung drehfest miteinander verbunden. Dies erfolgt in der Regel dadurch, dass einerseits ein am Innenumfang des Schaltmuffenträgers ausgebildetes Keilprofil als Innenverzahnung mit der Getriebewelle verbunden ist und andererseits die Schaltmuffe auf einer am Außenumfang des Schaltmuffenträgers ausgebildeten Außenverzahnung entlang der Längsmittelachse der Getriebewelle verschiebbar ist. Weiterhin dient der Schaltmuffenträger je nach seiner Ausführung als Anschlags- und Führungselement für ein oder mehrere Synchronringe.
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Der Schaltmuffenträger ist häufig mit in gleichmäßigen Abständen an seinem Außenumfang ausgearbeiteten Aufnahmen für Arretierelemente wie Rastbolzen, Rastkugeln oder Druckstücke versehen. Die Rastelemente halten die Schaltmuffe in ihrer Mittelstellung, wenn kein Gangrad geschaltet ist. Dabei sind die Rastelemente unter Federvorspannung in eine Rast- oder Riegelnut der Schaltmuffe gepresst, oder das Rastelement wirkt auf ein Druckstück, das wiederum in einer Rastausnehmung der Schaltmuffe aufgenommen ist.
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Bei derartigen Synchronisiereinrichtungen dienen die in den Aufnahmen des Schaltmuffenträgers angeordneten Druckstücke während eines Schaltvorgangs zum Vorsynchronisieren, d.h. zur Bewegung des jeweiligen Synchronrings gegen eine Reibfläche des benachbarten Kupplungskörpers oder eines Zwischenrings bei z. B. Mehrfachkonussynchronisationen. Je nach Ausführung der Synchronisiereinrichtung wird das Druckstück entweder direkt beispielsweise mittels Federn oder durch einen vorgespannten Rastbolzen bzw. eine Rastkugel in eine Rastnut in der Schaltmuffe vorgespannt. Wird die Schaltmuffe zur Gangwahl axial bewegt, so wird über die innere Kontur ihrer Rastnut das Druckstück axial gegen den Synchronring geschoben. Der Synchronring wird dadurch gegen die Reibfläche gepresst.
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Schaltmuffenträger nach dem Stand der Technik werden entweder spanabhebend oder spanlos gefertigt. Für die spanlose Fertigung von Schaltmuffenträgern wird als Ausgangsmaterial in der Regel Blech oder Bandmaterial verwendet, das durch Trennen und Umformen in seine bestimmungsgemäße Form gebracht wird. Dabei ist die Dicke des Ausgangsmaterials und dessen Gewicht durch funktionelle Erfordernisse und die erforderliche Festigkeit des Fertigungsteils bestimmt. Die in einem Umformverfahren gefertigte Schaltmuffenträger können in der Massenfertigung sehr material- und zeitsparend hergestellt werden. Die Kosten für ihre Fertigung sind daher gering. Derartig ausgeführte Schaltmuffenträger erfordern teure Formwerkzeuge und rentieren sich erst bei der Fertigung von größeren Stückzahlen. Außerdem bietet die relativ dünnwandige Ausbildung derartiger Schaltmuffenträger wenig Raum für die Gestaltung komplex ausgebildeter und damit den hohen Anforderungen moderner Synchronisiereinrichtungen angepasster Formen. Ferner sind die spanlos hergestellten Schaltmuffenträger bislang nicht in der Lage, die hohen Drehmomente moderner Brennkraftmaschinen zu übertragen.
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Die spanabhebende Fertigung von Schaltmuffenträgern ist aufwändig und kostenintensiv. Es werden dabei Rohlinge durch verschiedene spanabhebende Bearbeitungsverfahren in ihre endgültige Form gebracht. Besonders zeit- und kostenaufwändig ist dabei die Gestaltung der Außenverzahnung und der bereits beschriebenen Aufnahmen für die Rastelemente. Die Aufnahmen werden z. B. durch Räumen oder Bohren aus dem vollen Material des Rohlings ausgearbeitet. Von Nachteil ist weiterhin, dass die Aufnahmen für die Druckstücke tief in den Schaltmuffenträger ragen. In diesem Bereich besitzt er eine verminderte Festigkeit, so dass er relativ groß dimensioniert sein muss, um in jeder Situation die bei neueren Brennkraftmaschinen immer größer werdenden Momente aufnehmen zu können. Die Aufnahmen können nicht beliebig klein ausgebildet werden, da das Druckstück eine Mindestgröße aufweisen muss und sicher gehalten werden muss. Zudem kann die Schaltmuffe der Synchronisiereinrichtung, wenn das Druckstück aus dem Schaltmuffenträger weiter herausragt, um die Aufnahmen kleiner zu gestalten, leicht unter Krafteinwirkung verkippen, da die Führung über das Druckstück keine zentrierende Wirkung hat.
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Zur Vermeidung dieser Nachteile zeigt
DE 10 2006 053 495 A1 eine Synchronisiereinrichtung, bei der die Druckstücke in der Schaltmuffe angeordnet sind und gegen ein im Schaltmuffenträger angeordnetes Rastgebirge verrasten. Nachteilig an dieser Anordnung ist, dass einerseits mehrere Druckstücke mit der Schaltmuffe verbunden werden müssen und andererseits der Schaltmuffenträger ausreichend breite Rastgebirge für die Druckstücke aufweisen muss, wobei die Rastgebirge einzelne Verzahnungssegmente voneinander trennen. Diese Verzahnungslücken vermindern die Tragfähigkeit des Schaltmuffenträgers.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Synchronisiereinrichtung zu schaffen, welche die vorstehend bezeichneten Nachteile des Standes der Technik vermeidet.
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Die Aufgabe wird nach dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Die Schaltmuffe und der Schaltmuffenträger greifen als zwei Verzahnungsbauteile mit ihren Axialverzahnungen ineinander und sind in zumindest einer Axialposition zueinander mittels eines oder mehrerer Rastmittel verrastbar. Das Rastmittel ist durch eines der Verzahnungsbauteile, beispielsweise der Schaltmuffe, an dem anderen Verzahnungsbauteil geführt und verrastet dort erfindungsgemäß in mehreren Rastausnehmungen. Durch die Verrastung in mehreren Rastausnehmungen wird die Rastierkraft vergleichmäßigt, so dass nicht notwendigerweise mehrere Druckstücke als Rastmittel am Umfang der Verzahnungsbauteile angeordnet werden müssen. Die Höhe des Rastgebirges kann kleiner gewählt werden, wodurch die Festigkeit erhöht ist.
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In einer Ausbildung der Erfindung sind die Rastausnehmungen, in die das mindestens eine Rastmittel verrastet, auf unterschiedlichen Zähnen angeordnet. Ein bogenförmiges Rastmittel kann in mehreren Zähnen des einen Verzahnungsbauteils verrasten und baut flacher als ein Druckstück mit einer Schraubendruckfeder. Der radial benötigte Bauraum wird dadurch kleiner. Vorzugsweise erfolgt das Verrasten in allen Rastausnehmungen gleichzeitig.
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In einer nächsten Ausbildung der Erfindung ist das Rastmittel als ein Rastierring oder ein Sprengring ausgebildet. Der Ring kann somit geschlitzt sein, womit er sich auf einfache Weise durch Zusammendrücken verbauen lässt. In einer anderen Variante ist er aus einem flexiblen Material hergestellt und dadurch leicht in eine Ringnut einbringbar.
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Der Ring ist durch das eine Verzahnungsbauteil verschiebbar und verrastet bevorzugt in allen Zähnen des Verzahnungsgegenbauteils. Er kann sehr flach bauen, so dass das den Ring führende Verzahnungsbauteil keinen relevanten Höhenzuwachs erfährt. Dazu ist der Ring beispielsweise in einer Ringnut des einen Verzahnungsbauteils verliersicher gehalten. In einer Weiterbildung weist der Ring im Querschnitt eine Rechteckform auf. Diese kann sich in der Ringnut besonders gut abstützen. In einer anderen Weiterbildung weist der Ring einen runden Querschnitt auf. Dieser lässt sich mit wenig Widerstand auf dem Gegenbauteil in die und aus der Rastausnehmung bewegen. Auch andere Ringformquerschnitte wie beispielsweise ein romanisches oder ein ovales Profil sind denkbar.
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In einer nächsten Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Verzahnungsbauteil, an dem der Ring verrastet, mehrere, axial voneinander versetzte Rastausnehmungen aufweist, die sich über alle Zähne erstrecken. Damit sind mehrere Rastpositionen definiert. Die Rastausnehmungen können unterschiedlich geformt sein, um je nach Schalt- oder Neutralposition unterschiedliche Schaltkräfte zu generieren. Wesentlich für den Schaltkraftverlauf ist der Winkel, unter dem die Rastausnehmung in die Zahnspitze des Zahns gebildet ist. Gut geeignet sind jeweils Riegelnuten in den Zähnen, die alle die gleiche Form besitzen.
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In einer nächsten Ausbildung der Erfindung ist der Ring in einer Ringnut der Schaltmuffe angeordnet. Er ist in dieser axial durch Ringnutwände und radial nach außen durch den Ringnutgrund verliersicher gehalten. Ein Sprengring und ein geschlossener, nicht verformbarer Ring können auch nicht radial nach innen ausweichen. Alternativ kann die Ringnut auch im Schaltmuffenträger eingebracht sein und dann gegen Rastausnehmungen in der Schaltmuffe verrasten.
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In einer Weiterbildung dieser Ausführung ist die den Ring aufnehmende Ringnut der Schaltmuffe radial innenliegend zu einer Muffenbandage angeordnet. Die Muffenbandage ist durch einen Führungsring allein oder durch zwei Führungsringe aufgebaut und bildet eine nach außen weisende Führung für eine Schaltgabel, mit der die Schaltmuffe axial verschiebbar ist. Durch die Anordnung der Ringnut unterhalb eines radial auskragenden und umlaufenden Führungsrings kann sie eingebracht werden, ohne die Schaltmuffe signifikant zu schwächen. Die Schaltmuffe kann daher relativ dünnwandig, beispielsweise aus Blech, gefertigt werden.
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Der zugehörige Schaltmuffenträger kann an seinem Außenumfang mit einer Verzahnung versehen sein, die keine Verzahnungslücke aufweist. Vorzugsweise sind alle Zähne an der gleichen axialen Position mit einer Rastvertiefung versehen, so dass der Ring gleichzeitig mit allen Zähnen des Schaltmuffenträgers verrasten kann. Ein derartiger Schaltmuffenträger vermeidet nicht nur tiefe Radialeinschnitte, die seine Tragkraft vermindern, sondern er ist auch wie die Schaltmuffe rotationssymmetrisch aufgebaut. Dadurch wird die Montage der Synchronisiereinrichtung vereinfacht, da die Schaltmuffe und der Schaltmuffenträger nicht mehr in Umfangsrichtung zueinander positioniert werden müssen.
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In einer nächsten Ausbildung der Erfindung ist die Schaltmuffe durch ein oder meherere benachbarte Bauteile axial gesichert und in ihrem Schaltweg durch diese begrenzt. Ein derartiges Bauteil kann eine Scheibe sein.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die einzige Figur zeigt:
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1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Synchronisiereinheit in perspektivischer, teilgeschnittener Schrägansicht.
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Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
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1 zeigt eine Synchronisiereinrichtung 1 mit einer Schaltmuffe 4, die einen Schaltmuffenträger 2 radial umgibt. Vom Schaltmuffenträger 2 ist vorliegend allein dessen Außenverzahnung 3 dargestellt. Die Synchronisiereinrichtung 1 ist Teil eines nicht weiter dargestellten Schaltgetriebes für Kraftfahrzeuge, mit dem unterschiedliche Übersetzungsstufen des Getriebes schaltbar sind.
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Der Schaltmuffenträger 2 ist abtriebsseitig fest angeordnet. Er weist an seinem Außenumfang die Außenverzahnung 3 auf, die aus einer Vielzahl von Zähnen 31, 32, 33 gebildet ist. Die Zähne 31, 32, 33 erstrecken sich in axialer Richtung und weisen alle die gleiche Form auf. Jeweils zwei benachbarte Zähne 31, 32, 33 sind äquidistant voneinander beabstandet. Die Außenverzahnung 3 weist damit keine Zahnlücke auf, wie sie für die Aufnahme von Druckstücken charakteristisch sind. Damit erfahren alle Zähne 31, 32, 33 die gleiche Belastung, und es ist nicht erforderlich, die Außenverzahnung 3 mit Teilungsfehlern zu versehen, um zu Zahnlücken benachbarte Zähne zu entlasten.
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Jeder der Zähne 31, 32, 33 ist mit einer Rastausnehmung 71, 72, 73 versehen. Die Rastausnehmungen 71, 72, 73 sind etwa axial mittig auf den Zähnen 31, 32, 33 angeordnet und bilden gemeinsam eine Rastausnehmung 7 für ein Rastmittel 6. In der dargestellten Ausführungsform ist jeder Zahn der Außenverzahnung 3 mit einer Rastausnehmung 71, 72, 73 versehen, obwohl auch, insbesondere bei nicht vollumfänglich wirkenden Rastmitteln 6, nur einige aufeinander folgende Zähne mit Rastausnehmungen 71, 72, 73 versehen sein können. In dieser Ausführung weisen alle Zähne 31, 32, 33 die gleiche Form auf.
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In die Außenverzahnung 3 des Schaltmuffenträgers 2 greift die Innenverzahnung 5 der Schaltmuffe 4 ein. Die Schaltmuffe 4 und der Schaltmuffenträger 2 bilden damit zwei Verzahnungsbauteile 8, welche axial zueinander verschiebbar, aber in Umfangsrichtung zur Momentenübertragung drehfest miteinander verbunden sind. Die Innenverzahnung 5 der Schaltmuffe 4 ist ebenfalls durch einzelne, in Axialrichtung verlaufende, äquidistant voneinander beabstandete Zähne 51, 52, 53 gebildet. Die Schaltmuffe 4 weist eine umlaufende Ringnut 41 auf ihrer zum Schiebemuffenträger 2 gerichteten Radialseite auf. Dazu sind die Zähne 51, 52, 53 und die Zahnzwischenräume jeweils in ihrem Axialverlauf mit einer die Ringnut 41 bildenden Vertiefung versehen, die sich bis unterhalb des jeweiligen Zahnfußes erstreckt. Die Verzahnungen können als Dachverzahnungen zum leichteren Einkuppeln ausgebildet sein und Hinterschnitte aufweisen, um einen geschalteten Gang sicher zu halten.
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In der Ringnut 41 ist das als Sprengring ausgebildete Rastmittel 6 angeordnet. Das Rastmittel 6 ist somit umlaufend und im montierten Zustand gegen den Schaltmuffenträger 2 vorgespannt. Wird die Neutralstellung der Synchronisiereinrichtung 1 geschaltet, erfolgt eine Relativbewegung der Schaltmuffe 4 und des Schaltmuffenträgers 2, bis das Rastmittel 6 auf die durch die einzelnen Rastausnehmungen 71, 72, 73 gebildete Rastnut 7 trifft. Aufgrund der Vorspannung kann das Rastmittel 6 in der Rastnut 7 verrasten. Die Schaltmuffe 4 ist damit gegen kleine, axial wirkende Kräfte fixiert. Erst bei Überschreiten einer konstruktiv vorgegebenen Lösekraft können das Rastmittel 6 aus der Rastnut 7 bewegt werden und eine weitere Relativverschiebung der Verzahnungsbauteile 8 erfolgen.
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Die Lösekraft wird im Wesentlichen durch die Eigenschaften des Rastmittels 6 und die Rampenkontur der Rastausnehmungen 71, 72, 73 begrenzenden Rastausnehmungswände 75, 76 vorgegeben. In der dargestellten, einfachen Ausführungsvariante ist die Rampenkontur durch einen Winkel bestimmt, um den die gerade verlaufenden Wände zum Rastausnehmungsgrund 74 bzw. zum Zahndach 34 geneigt sind. Je steiler (größer) dieser Winkel ist, desto höher fällt die Lösekraft aus.
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Das Rastmittel 6 weist im Querschnitt eine rechteckige Form auf. Damit ist es besonders sicher in der Ringnut 41 geführt, da seine axial gerichteten Seitenflächen sich an die Ringnutwänden 42, 43 anschmiegen und eine axiale Bewegung relativ zur Schaltmuffe 4 ausgeschlossen ist.
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Die Schaltmuffe 4 weist an ihrer radialen Außenseite eine Schaltgabelführung 44 auf, die durch zwei Führungsringe 45, 46 gebildet ist. Die Führungsringe 45, 46 bilden eine Schaltgabelnut für eine eingreifende, nicht dargestellte Schaltgabel. Die Führungsringe 45, 46 sind einteilig mit der Schaltmuffe 4 hergestellt, und die Ringnut 41 ist radial rückseitig zu einem der Führungsringe 45, 46 angeordnet. Dadurch kann die radiale Dicke der Schaltmuffe 4 optimiert werden.
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Die Zähne 31, 32, 33 des Schaltmuffenträgers 2 sind axial endseitig mit Fasen 35 versehen. Erreicht das Rastmittel 6 die Fasen 35, kann es in dieser Stellungen (Gangstellung) ebenfalls verrasten, wenn durch ein axial angrenzendes Sicherungsmittel sichergestellt ist, dass das Rastmittel 6 auf oder an der Außenverzahnung 3 des Schaltmuffenträgers 2 verliersicher gehalten ist. Dies kann durch ein vorhandenes, axial anschließendes Getriebebauteil realisiert sein. Alternativ ist ein nur diesem Zweck dienendes Bauteil wie eine Scheibe benachbart zur Schaltmuffe 4 angeordnet. Die Scheibe kann zusätzlich als Endanschlag für die Schaltmuffe 4 dienen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Synchronisiereinrichtung
- 2
- Schaltmuffenträger
- 3
- Außenverzahnung
- 4
- Schaltmuffe
- 5
- Innenverzahnung
- 6
- Rastmittel
- 7
- Rastnut
- 8
- Verzahnungsbauteil
- 31
- Zahn (des Schaltmuffenträgers)
- 32
- Zahn (des Schaltmuffenträgers)
- 33
- Zahn (des Schaltmuffenträgers)
- 34
- Zahndach
- 35
- Fase
- 36
- Fase
- 41
- Ringnut
- 42
- Ringnutwand
- 43
- Ringnutwand
- 44
- Schaltgabelführung
- 45
- Führungsring
- 46
- Führungsring
- 51
- Zahn (der Schaltmuffe)
- 52
- Zahn (der Schaltmuffe)
- 53
- Zahn (der Schaltmuffe)
- 71
- Rastausnehmung
- 72
- Rastausnehmung
- 73
- Rastausnehmung
- 74
- Rastausnehmungsgrund
- 75
- Rastausnehmungswand
- 76
- Rastausnehmungswand
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006053495 A1 [0007]
