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Die Erfindung betrifft eine Synchronisationseinheit eines Schaltgetriebes, mit einem Synchronkörper, der um eine Getriebeachse drehbar ist, einer Schaltmuffe, die relativ zum Synchronkörper drehfest, aber axial verschieblich angeordnet ist, einem Synchronring zur Kopplung des Synchronkörpers mit einem Gangrad des Schaltgetriebes über eine Reibverbindung, mehreren über den Außenumfang des Synchronkörpers verteilten Druckstücken sowie einem Federelement, welches die Druckstücke mit einer Federkraft radial gegen die Schaltmuffe beaufschlagt und an einer Kontaktfläche der Druckstücke anliegt.
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Die gattungsgemäße
DE 20 2006 008 636 U1 zeigt in
8 bereits eine solche Synchronisationseinheit in der speziellen Ausführung als Sperrsynchronisierung eines Schaltgetriebes.
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Aufgabe der Erfindung ist es, mit geringem konstruktiven Aufwand eine Synchronisationseinheit zu schaffen, die einen geräuscharmen Betrieb sowie einen besonders hohen Wirkungsgrad aufweist.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Synchronisationseinheit der oben genannten Art, bei der die Kontaktfläche der Druckstücke zumindest teilweise zur Getriebeachse geneigt ist, sodass das Federelement durch eine Axialkraftkomponente beaufschlagt ist und sich axial am Synchronring abstützt. Der Synchronring wird somit durch das Federelement axial beaufschlagt, insbesondere in eine sogenannte „gelüftete Stellung“, in welcher einander zugeordnete Reibflächen der Reibverbindung voneinander beabstandet sind. In einer ungeschalteten Neutralstellung der Synchronisationseinheit werden dadurch unerwünschte Schleppmomente reduziert, sodass sich der Wirkungsgrad des Schaltgetriebes insgesamt erhöht. Das „aktive Lüften“ des Synchronrings durch die Axialkraftkomponente führt außerdem zu einer Reduktion der Rasselgeräusche und damit zu einem besonders geräuscharmen Betrieb des Schaltgetriebes.
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In einer Ausführungsform der Synchronisationseinheit nimmt in Axialrichtung zur axialen Mittenachse des Synchronkörpers hin ein radialer Abstand zwischen der Getriebeachse und der geneigten Kontaktfläche zu. Bei einer solchen Neigung der Kontaktfläche stützt sich das Federelement letztlich über den Synchronring am axial fixierten Synchronkörper ab, sodass der Synchronring in einer unbetätigten Neutralstellung der Synchronisationseinheit eine definierte, gelüftete Axialposition einnimmt und insbesondere am Synchronkörper anliegt.
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Vorzugsweise ist der Synchronring ein Konusring, der sich von einem ersten axialen Ringende zu einem entgegengesetzten zweiten axialen Ringende hin konisch verjüngt, wobei das zweite axiale Ringende an den Synchronkörper angrenzt. Die Reibverbindung zur Kopplung des Synchronkörpers mit einem Gangrad des Schaltgetriebes lässt sich in diesem Fall mit geringem Aufwand realisieren, da der Synchronring durch eine axiale Schaltkraft einfach auf einen gangradseitigen Gegenkonus geschoben werden kann.
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Der Konusring weist hierbei an seinem zweiten axialen Ringende bevorzugt einen radial nach außen vorstehenden Bund auf. Ein solcher Bund lässt sich mit geringem fertigungstechnischen Aufwand am Synchronring anformen und bildet einen einfachen Abstützabschnitt für das Federelement.
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Alternativ zu einem in Umfangsrichtung umlaufenden Bund ist auch denkbar, dass der Konusring an seinem zweiten axialen Ringende zumindest im Bereich der Druckstücke radial nach außen vorstehende Laschen aufweist.
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Das Federelement kann sich dann in axialer Richtung am radialen Bund oder an den radialen Laschen des Synchronrings abstützen und den Synchronring durch eine Axialkraftkomponente beaufschlagen.
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In einer weiteren Ausführungsform der Synchronisationseinheit grenzt der Synchronkörper axial an den Synchronring an und bildet einen axialen Anschlag für den Synchronring. Auf diese Weise nimmt der Synchronring in einer unbetätigten Neutralstellung der Synchronisationseinheit eine weitgehend spielfreie, vordefinierte axiale Position ein, sodass durch den Synchronring kaum Klappergeräusche entstehen können und ein entsprechend geräuscharmer Betrieb der Synchronisationseinheit gewährleistet ist.
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Vorzugsweise sind axial beidseits des Synchronkörpers ein Synchronring und ein Federelement angeordnet. Dies führt neben der bereits erwähnten axialen Beaufschlagung des Synchronrings in eine gelüftete Position zusätzlich auch zu einer vorteilhaften axialen Mittenzentrierung der Druckstücke und der Schaltmuffe relativ zum Synchronkörper. Dementsprechend kann auf zusätzliche Maßnahmen zur Mittenzentrierung der Schaltmuffe in einer unbetätigten Neutralstellung der Synchronisationseinheit verzichtet werden.
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In einer weiteren Ausführungsform der Synchronisationseinheit sind die Druckstücke im Axialschnitt T-förmig ausgebildet und weisen jeweils einen radialen Steg sowie zwei axiale Flansche auf, wobei der Synchronring axial an die Stege der Druckstücke angrenzt und die Kontaktflächen für das Federelement an den Flanschen der Druckstücke ausgebildet sind. Die T-förmigen Druckstücke sind damit fertigungstechnisch einfach herstellbare Multifunktionsteile, die neben ihrer originären Funktion der Schaltkraftübertragung auf die Synchronringe auch die axiale Mittenzentrierung der Schaltmuffe und die axiale Beaufschlagung der Synchronringe in eine gelüftete Position übernehmen.
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In einer weiteren Ausführungsform der Synchronisationseinheit ist die Schaltmuffe relativ zum Synchronkörper axial verschieblich, wobei die Schaltmuffe in einer unbetätigten Neutralstellung der Synchronisationseinheit axial mittig zum Synchronkörper angeordnet ist und mit den Druckstücken eine Rastverbindung ausbildet. Bis zu einer vorgegebenen Schaltkraft ist die Schaltmuffe durch die Rastverbindung axial an den Druckstücken fixiert, sodass in der unbetätigten Neutralstellung eine axiale Mittenzentrierung der Schaltmuffe über die Druckstücke erfolgen kann.
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In einer weiteren Ausführungsform der Synchronisationseinheit ist die Schaltmuffe relativ zum Synchronkörper axial verschieblich, wobei die Schaltmuffe in einer axialen Schaltstellung drehfest mit einem Gangrad des Schaltgetriebes gekoppelt ist und mit den Druckstücken eine Rastverbindung ausbildet. Durch diese Rastverbindung wird die Schaltmuffe von den Druckstücken auch dann in ihrer axialen Schaltstellung gehalten, wenn keine axiale Schaltkraft mehr wirkt. Folglich kann auf alternative Maßnahmen zum Fixieren der Schaltmuffe in der Schaltstellung wie zum Beispiel eine sogenannte Hinterlegung der in der Schaltstellung ineinandergreifenden Verzahnungen verzichtet werden.
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Das Federelement ist vorzugsweise als radial elastische Feder, insbesondere als Schraubenfeder mit einer oder mehreren Wicklungen, ausgebildet. Alternativ zur Schraubenfeder kann als Federelement jedoch auch wenigstens ein Federring verwendet werden.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. In diesen zeigen:
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1 einen schematischen Teilschnitt durch eine erfindungsgemäße Synchronisationseinheit eines Schaltgetriebes;
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2 ein Detail des Teilschnitts der Synchronisationseinheit gemäß 1;
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3 einen schematischen Teilschnitt durch eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Synchronisationseinheit in einer unbetätigten Neutralstellung;
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4 die Synchronisationseinheit gemäß 3 in einer Zwischenstellung;
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5 die Synchronisationseinheit gemäß 3 in einer Schaltstellung;
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6 einen schematischen Teilschnitt durch eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Synchronisationseinheit in einer unbetätigten Neutralstellung;
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7 die Synchronisationseinheit gemäß 6 in einer Zwischenstellung;
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8 die Synchronisationseinheit gemäß 6 in einer Schaltstellung;
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9 einen schematischen Teilschnitt durch eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Synchronisationseinheit in einer unbetätigten Neutralstellung;
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10 die Synchronisationseinheit gemäß 9 in einer Zwischenstellung; und
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11 die Synchronisationseinheit gemäß 9 in einer Schaltstellung.
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Die 1 zeigt eine Synchronisationseinheit 10 eines Schaltgetriebes 12, mit einem Synchronkörper 14, der um eine Getriebeachse A drehbar und auf einer Getriebewelle 16 drehfest angebracht ist, sowie einer Schaltmuffe 18, die relativ zum Synchronkörper 14 drehfest, aber axial verschieblich angeordnet ist, um den Synchronkörper 14 über eine Verzahnung der Schaltmuffe 18 formschlüssig und drehfest mit einer gangradseitigen Schaltverzahnung 20 verbinden zu können. Die Schaltverzahnung 20 kann dabei einstückig an einem Gangrad 22 oder, wie in 1 angedeutet, an einem separaten Kupplungskörper 24 ausgebildet sein, welcher fest mit dem Gangrad 22 verbunden, beispielsweise verschweißt ist.
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Darüber hinaus umfasst die Synchronisationseinheit 10 einen mit dem Synchronkörper 14 in Umfangsrichtung formschlüssig verbundenen Synchronring 26 zur Kopplung des Synchronkörpers 14 mit dem Gangrad 22 des Schaltgetriebes 12 über eine Reibverbindung. Insbesondere sind am Synchronring 26 axial vorstehende Laschen angeformt, die in Ausnehmungen des Synchronkörpers 14 eingreifen, um den Synchronring 26 in Umfangsrichtung mit dem Synchronkörper 14 zu koppeln und bei der Drehzahlsynchronisierung ein Reibmoment zu übertragen. Alternativ kann natürlich auch der Synchronkörper 14 axial vorstehende Segmente aufweisen, welche zur Reibmomentübertragung in entsprechende Ausnehmungen des Synchronrings eingreifen.
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Der Synchronring 26 ist gemäß 1 als Konusring ausgebildet, der sich von einem ersten axialen Ringende 28 zu einem entgegengesetzten zweiten axialen Ringende 30 hin konisch verjüngt, wobei das zweite axiale Ringende 30 an den Synchronkörper 14 angrenzt. Auf einer radialen Innenseite weist der Synchronring 26 eine konische Reibfläche 32 auf, welche sich durch eine axiale Verschiebung des Synchronrings 26 einer gangradseitigen, konischen Gegenfläche 34 annähert oder von dieser entfernt. Gemäß 1 ist die konische Gegenfläche 34 beispielhaft an einem Reibkonus des Kupplungskörpers 24 ausgebildet.
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Wird der Synchronring 26 axial in Richtung zum angrenzenden Gangrad 22 verschoben, so bilden die Reibfläche 32 und die Gegenfläche 34 eine Reibverbindung aus, welche zu einer Drehzahlsynchronisierung zwischen dem Synchronkörper 14 und dem Gangrad 22 führt. Bei einer entgegengesetzten axialen Verschiebung des Synchronrings 26 in Richtung zum Synchronkörper 14 bewegt sich die Reibfläche 32 von der Gegenfläche 34 weg in eine sogenannte „gelüftete Position“, in welcher der Synchronring 26 vom Reibkonus des Kupplungskörpers 24 beabstandet ist.
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In den dargestellten Ausführungsbeispielen ist der Synchronring 26 sperrverzahnungsfrei ausgebildet und Teil einer Synchronisationseinheit 10, die beispielsweise zur kraftgesteuerten Synchronisierung in einem automatisiert geschalteten Getriebe eingesetzt wird. Alternativ ist natürlich auch denkbar, dass der Synchronring 26 eine Sperrverzahnung aufweist und in einer Synchronisationseinheit 10 zur Sperrsynchronisierung eines Schaltgetriebes 12 zum Einsatz kommt.
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Die Synchronisationseinheit 10 umfasst ferner mehrere über den Außenumfang des Synchronkörpers 14 gleichmäßig verteilte Druckstücke 36, die jeweils in einer Ausnehmung des Synchronkörpers 14 aufgenommen sind, an der Schaltmuffe 18 angreifen und bei einer Axialverschiebung der Schaltmuffe 18 den Synchronring 26 mit einer axialen Schaltkraft FS gegen das zu koppelnde Gangrad 22 beaufschlagen.
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Gemäß 1 ist außerdem ein Federelement 38 vorgesehen, welches die Druckstücke 36 mit einer Federkraft FF (siehe 2) radial nach außen gegen die Schaltmuffe 18 beaufschlagt und an einer Kontaktfläche 40 der Druckstücke 36 anliegt.
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Als Federelement 38 wird eine radial elastische Feder eingesetzt, welche die Druckstücke 36 radial nach außen gegen die Schaltmuffe 18 beaufschlagt. Solche radial elastischen Federn sind beispielsweise Federringe oder Schraubenfedern mit einer oder mehreren Wicklungen. Gemäß 1 ist axial beidseits des Synchronkörpers 14 jeweils eine Schraubenfeder mit zwei Wicklungen als Federelement 38 vorgesehen, wobei alternativ natürlich auch mehrere Federelemente 38 pro Seite zum Einsatz kommen können. In jedem Fall muss wenigstens ein Federelement zumindest mit einer Wicklung an einer zur Getriebeachse A geneigten Kontaktfläche 40 der Druckstücke 36 anliegen.
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Gemäß 1 sind axial beidseits des Synchronkörpers 14 ein Synchronring 26 und ein Federelement 38 angeordnet. Entsprechend sind die Druckstücke 36 axial symmetrisch ausgeführt, sodass die oben beschriebene Struktur und Geometrie für beide Synchronringe 26 der Synchronisationseinheit 10 gilt.
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Konkret ist jedes Druckstück 36 im Axialschnitt T-förmig ausgebildet und weist einen radialen Steg 42 sowie zwei axiale Flansche 44 auf, wobei der Synchronring 26 axial an die Stege 42 der Druckstücke 36 angrenzt und die Kontaktflächen 40 für die Federelemente 38 an den Flanschen 44 der Druckstücke 36, genauer an einer radialen Innenseite der Flansche 44, ausgebildet sind.
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Die 2 zeigt ein Schnittdetail der 1, welches verdeutlicht, dass die Kontaktfläche 40 des Druckstücks 36 (zumindest) teilweise zur Getriebeachse A geneigt ist, sodass das Federelement 38 durch eine Axialkraftkomponente FA beaufschlagt ist und sich axial am Synchronring 26 abstützt. Die Kontaktfläche 40 des Druckstücks 36, genauer ein Abschnitt der Kontaktfläche 40, schließt dabei mit der Getriebeachse A einen Neigungswinkel α ein und ist zur Getriebeachse A so geneigt, dass in Axialrichtung zur Mitte des Synchronkörpers 14 hin ein radialer Abstand zwischen der Getriebeachse A und der geneigten Kontaktfläche 40 zunimmt.
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Aufgrund der Anlage des Federelements 38 an der geneigten Kontaktfläche 40 oder einem geneigten Abschnitt der Kontaktfläche 40 resultiert aus der radialen Federkraft FF eine Axialkraftkomponente FA, welche das Federelement 38 axial in Richtung zum Synchronkörper 14 beaufschlagt.
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Jedes Federelement 38 stützt sich dabei am Synchronring 26 bzw. über den Synchronring 26 am axial unverschieblichen Synchronkörper 14 ab. Der Synchronring 26 weist zu diesem Zweck an seinem zweiten axialen Ringende 30 einen radial nach außen vorstehenden, umlaufenden Bund 46 auf, der im Übrigen auch axial an die Stege 42 der Druckstücke 36 angrenzt.
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Alternativ zu dem in Umfangsrichtung umlaufenden Bund 46 kann der Synchronring 26 an seinem zweiten axialen Ringende 30 auch lediglich einzelne Laschen aufweisen, die zumindest im Bereich der Druckstücke 36 radial nach außen vorstehen und genau wie der Bund 46 axial einerseits an die Stege 42 der Druckstücke 36 und andererseits an das Federelement 38 angrenzen.
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In jedem Fall stützt sich das Federelement 38, auf welches die Axialkraftkomponente FA wirkt, entweder direkt oder über weitere zwischengeschaltete Federelemente 38 indirekt am radialen Bund 46 oder an den radialen Laschen des Synchronrings 26 ab.
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Da auch der Synchronkörper 14 axial an den Synchronring 26 angrenzt, bildet dieser einen axialen Anschlag für den axial verschieblichen Synchronring 26. Somit stützt sich das Federelement 38 über den Synchronring 26 axial am Synchronkörper 14 ab, wodurch der Synchronring 26 in seine gelüftete Stellung beaufschlagt wird. Unerwünschte Schleppmomente zwischen dem Synchronring 26 und dem Kupplungskörper 24 werden dadurch minimiert, was insbesondere zu einem geräuscharmen Betrieb sowie einem hohen Wirkungsgrad des Schaltgetriebes 12 beiträgt.
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Die 3 bis 5 zeigen die Synchronisationseinheit 10 gemäß einer ersten Ausführungsform, wobei in 3 eine unbetätigte Neutralstellung, in 4 eine Zwischenstellung nach der Drehzahlsynchronisierung und in 5 eine axiale Schaltstellung dargestellt ist, in welcher die Schaltmuffe 18 über den Kupplungskörper 24 formschlüssig und drehfest mit dem Gangrad 22 verbunden ist.
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Es wird deutlich, dass die Schaltmuffe 18 relativ zum Synchronkörper 14 axial verschieblich ist, wobei die Schaltmuffe 18 in ihrer unbetätigten Neutralstellung gemäß 3 axial mittig zum Synchronkörper 14 angeordnet ist und mit den Druckstücken 36 eine Rastverbindung ausbildet. Hierzu weist die Schaltmuffe 18 im Bereich der Druckstücke 36 einen Vorsprung 48 auf, der sich radial einwärts erstreckt und im Wesentlichen formschlüssig in eine Ausnehmung 50 eingreift, die an einer radialen Außenseite der Druckstücke 36 vorgesehen ist.
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Aufgrund dieser axialen Rastfixierung der Schaltmuffe 18 relativ zu den Druckstücken 36 erfolgt durch die Axialkraftkomponente FA der Federelemente 38 nicht nur eine axiale Beaufschlagung der Synchronringe 26 in ihre gelüftete Stellung, sondern auch eine axiale Zentrierung der Druckstücke 36 und der Schaltmuffe 18 bezüglich des Synchronkörpers 14.
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Beim Aufbringen der axialen Schaltkraft FS auf die Schaltmuffe 18 wird der Synchronring 26 über die Druckstücke 36 gegen den Reibkonus des Kupplungskörpers 24 gedrückt, um die Drehzahl zwischen dem Synchronkörper 14 und dem Gangrad 22 zu synchronisieren. Übersteigt die Schaltkraft FS einen Rastwiderstand, so werden die Druckstücke 36 entgegen der Federkraft FF radial nach innen bewegt und die Schaltmuffe 18 axial in ihre Schaltstellung gemäß 5 verschoben.
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In der ersten Ausführungsform der Synchronisationseinheit 10 stützen sich bei dieser Schaltmuffenverschiebung die Druckstücke 36 in der Zwischenstellung gemäß 4 stark außermittig an der Schaltmuffe 18 ab, was zu einem unerwünschten Verkippen der Druckstücke 36 führen kann. Als Maß für die axial außermittige Belastung ist in 4 ein Abstand a1 zwischen einer axialen Mittenachse B des Synchronkörpers 14 und einem Abstützschwerpunkt eingezeichnet.
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Die 6 bis 8 zeigen die Synchronisationseinheit 10 gemäß einer zweiten Ausführungsform, welche sich von der ersten Ausführungsform lediglich dadurch unterscheidet, dass der radiale Vorsprung 48 nunmehr an der radialen Außenseite der Druckstücke 36 und die entsprechende Ausnehmung 50 axial mittig in der Schaltmuffe 18 ausgebildet ist. Im Übrigen wird hinsichtlich der Konstruktion und Funktionsweise explizit auf die Beschreibung zu den 3 bis 5 verwiesen.
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Durch die konstruktive Änderung der zweiten Ausführungsform ergibt sich der Vorteil, dass die Kippgefahr der Druckstücke 36 aufgrund der axial außermittigen Belastung in der Zwischenstellung gemäß 7 deutlich reduziert ist. Dies wird bei einem Vergleich des Abstands a1 in 4 mit einem entsprechenden Abstand a2 in 7 deutlich.
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Die 9 bis 11 zeigen die Synchronisationseinheit 10 gemäß einer dritten Ausführungsform, welche sich von beiden vorhergehenden Ausführungsformen wiederum nur durch die Rastkontur zwischen der Schaltmuffe 18 und den Druckstücken 36 unterscheidet.
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In der Schaltmuffe 18 sind nunmehr zwei axial benachbarte Ausnehmungen 50 vorgesehen, in welche in der unbetätigten Neutralstellung der Synchronisationseinheit 10 gemäß 9 jeweils ein an der radialen Außenseite des Druckstücks 36 ausgebildeter Vorsprung 48 eingreift.
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Diese Rastkontur bietet den Vorteil, dass sich die Druckstücke 36 in einer Zwischenstellung der Synchronisationseinheit 10 an zwei beidseits der Mittenachse B des Synchronkörpers 14 angeordneten Stellen abstützen, was in 10 durch Pfeile 52 angedeutet ist. Ein unerwünschtes Verkippen der Druckstücke 36 ist damit weitgehend ausgeschlossen. Bei geeigneter Dimensionierung der Vorsprünge 48 und Ausnehmungen 50 ergibt sich bei der dritten Ausführungsform der Synchronisationseinheit 10 außerdem der Vorteil, dass die Schaltmuffe 18 nicht nur in der unbetätigten Neutralstellung der Synchronisationseinheit 10 gemäß den 3, 6 und 9, sondern auch in der axialen Schaltstellung gemäß 11 eine Rastverbindung mit den Druckstücken 36 ausbildet. Durch diese (zusätzliche) vorteilhafte Rastverbindung wird die Synchronisationseinheit 10 auch dann in ihrer axialen Schaltstellung gehalten, wenn keine Schaltkraft FS wirkt. Auf alternative Maßnahmen zum Fixieren der Schaltmuffe 18 in der Schaltstellung wie zum Beispiel sogenannte Hinterlegungen der in der Schaltstellung ineinandergreifenden Schaltmuffenverzahnung und Schaltverzahnung 20 kann somit verzichtet werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202006008636 U1 [0002]
