DE102013106861A1

DE102013106861A1 - Synchronisationseinheit zur reibschlüssigen Drehmomentübertragung in einem Schaltgetriebe

Info

Publication number: DE102013106861A1
Application number: DE102013106861.8A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Binder
Original assignee: Hoerbiger Antriebstechnik Holding GmbH
Current assignee: Hoerbiger Antriebstechnik Holding GmbH
Priority date: 2013-07-01
Filing date: 2013-07-01
Publication date: 2015-01-08

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Synchronisationseinheit (10) zur reibschlüssigen Drehmomentübertragung in einem Schaltgetriebe (12), mit einem Getriebeelement (14), das auf einer Getriebewelle (16) drehfest angebracht und um eine Getriebeachse (X) drehbar ist, einem Synchronring (18) zur Kopplung des Getriebeelements (14) mit einem Gangrad (20) des Schaltgetriebes (12) über eine Reibverbindung, sowie einem Sperrring (22), der mit dem Synchronring (18) in axialer Richtung (24) verbunden und in Umfangsrichtung (26) so gekoppelt ist, dass der Sperrring (22) den Synchronring (18) bei einer Relativdrehung radial beaufschlagt, wobei der Synchronring (18) eine konische Reibfläche (28) aufweist, die zur Drehzahlsynchronisierung im Wesentlichen durch eine axiale Schaltkraft (FS) und zur Drehmomentübertragung im Wesentlichen durch eine radiale Klemmkraft (FK) gegen einen gangradseitigen Reibkonus (30) beaufschlagt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Synchronisationseinheit zur reibschlüssigen Drehmomentübertragung in einem Schaltgetriebe.
In modernen Schaltgetrieben von Kraftfahrzeugen werden zur Verbesserung des Schaltkomforts überwiegend Synchronisierungen nach dem BorgWarner-Prinzip eingesetzt. Hierbei erfolgt beim Gangwechsel eine Drehzahlsynchronisierung zwischen zwei Zahnrädern des Schaltgetriebes über Synchronringe mit integrierter Sperrfunktion. Durch die Sperrfunktion wird ein Kontakt der Schaltverzahnungen bis zum Drehzahlangleich verhindert. Nach dem Abbau der Differenzdrehzahl wird die Sperrfunktion mechanisch aufgehoben, um ein Ineinandergreifen der Schaltverzahnungen zu ermöglichen. Die Schaltverzahnungen sind dabei als Passverzahnungen ausgeführt, sodass das Drehmoment formschlüssig vom Gangrad auf die Getriebewelle übertragen wird. Eine Sperrsynchronisierung nach dem BorgWarner-Prinzip lässt sich somit im Wesentlichen in zwei funktionale Haupteinheiten unterteilen, zum einen in das „Reibsystem“, bestehend aus einem oder mehreren Synchronringen für den Drehzahlangleich, sowie zum anderen in das „Nabensystem“ mit Schaltverzahnungen zur formschlüssigen Übertragung des Drehmoments.
Alternativ zur formschlüssigen Drehmomentübertragung sind aus dem Stand der Technik ferner Schaltvorrichtungen bekannt, bei denen das Drehmoment in einem Schaltgetriebe kraftschlüssig bzw. reibschlüssig übertragen wird. So ist in der DE 10 2008 049 994 A1 beispielsweise eine schaltbare, bidirektionale Klemmrollenkupplung beschrieben, welche in beiden Drehrichtungen wahlweise einen reibungsfreien Freilaufbetrieb oder einen schlupffreien Reibschluss bereitstellt. Ferner ist ein steuerbarer Stellantrieb vorgesehen, der ein kontrolliertes Schalten zwischen diesen beiden Betriebszuständen ermöglichen soll. Fertigungstechnisch aufwendige Passverzahnungen werden nicht benötigt, sodass die Vorteile einer solchen Schaltvorrichtung in der einfachen, kompakten Bauweise sowie kurzen Schaltwegen liegen. Allerdings wirkt sich die fehlende Drehzahlangleichung der Schaltvorrichtung negativ auf den Schaltkomfort aus.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Synchronisationseinheit für ein Schaltgetriebe zu schaffen, die sowohl eine einfache, robuste und kompakte Konstruktion aufweist als auch einen hohen Schaltkomfort bereitstellt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Synchronisationseinheit zur reibschlüssigen Drehmomentübertragung in einem Schaltgetriebe, mit einem Getriebeelement, das auf einer Getriebewelle drehfest angebracht und um eine Getriebeachse drehbar ist, einem Synchronring zur Kopplung des Getriebeelements mit einem Gangrad des Schaltgetriebes über eine Reibverbindung, sowie einem Sperrring, der mit dem Synchronring in axialer Richtung verbunden und in Umfangsrichtung so gekoppelt ist, dass der Sperrring den Synchronring bei einer Relativdrehung radial beaufschlagt, wobei der Synchronring eine konische Reibfläche aufweist, die zur Drehzahlsynchronisierung im Wesentlichen durch eine axiale Schaltkraft und zur Drehmomentübertragung im Wesentlichen durch eine radiale Klemmkraft gegen einen gangradseitigen Reibkonus beaufschlagt ist. Der Synchronring ermöglicht aufgrund seiner konisch ausgeführten Reibfläche eine vorteilhafte Funktionstrennung derart, dass die Drehzahlsynchronisierung analog zu einer herkömmlichen Sperrsynchronisierung nach dem BorgWarner-Prinzip im Wesentlichen durch eine axiale Beaufschlagung der konischen Reibfläche gegen den Reibkonus erfolgt, wohingegen der Reibschluss zur Drehmomentübertragung im Wesentlichen durch eine radiale Beaufschlagung des Synchronrings erfolgt. Aufgrund dieser klaren Trennung zwischen Drehzahlsynchronisierung und Drehmomentübertragung bleibt der gewünschte Schaltkomfort herkömmlicher Sperrsynchronisierungen erhalten. Gleichzeitig können fertigungstechnisch aufwendige Schalt- und Sperrverzahnungen entfallen, was in vorteilhafter Weise zu einer einfachen und kompakten Bauweise, einem entsprechend geringen Gewicht sowie kurzen Schaltwegen beiträgt.
Vorzugsweise ist der Synchronring als offener C-Ring ausgebildet. Verglichen mit einem geschlossenen Ring ist der Bauteilwiderstand gegen eine radiale Verformung bei dieser offenen Ringform deutlich geringer. Dementsprechend lässt sich ein Reibschluss zwischen dem Synchronring und dem gangradseitigen Reibkonus mit einer deutlich geringeren radialen Klemmkraft sowie entsprechend geringeren Bauteilbeanspruchungen realisieren.
Besonders bevorzugt ist der Synchronring mehrteilig ausgebildet und weist wenigstens zwei separate Ringsegmente auf, die zueinander radial beweglich sind. Der Bauteilwiderstand dieses mehrteilig ausgeführten Synchronrings gegen eine radiale Verformung ist noch geringer als bei dem obengenannten C-förmigen Synchronring, sodass mit minimaler radialer Klemmkraft und minimaler Bauteilbeanspruchung ein Reibschluss mit dem gangradseitigen Reibkonus realisierbar ist.
In einer Ausführungsform der Synchronisationseinheit sind der Synchronring und der Sperrring radial ineinander angeordnet, wobei radial zwischen dem Synchronring und dem Sperrring mehrere separate Klemmkörper vorgesehen sind, welche sich bei einer Relativdrehung zwischen dem Synchronring und dem Sperrring verkeilen und die Ringe in radialer Richtung voneinander weg beaufschlagen.
Die Klemmkörper sind dabei insbesondere Klemmrollen, welche mit dem Synchronring und dem Sperrring eine bidirektionale Klemmrollenkupplung bilden. Durch eine solche Klemmrollenkupplung ist mit geringem Aufwand eine robuste und gleichmäßige radiale Beaufschlagung des Synchronrings und damit eine zuverlässige Herstellung einer Reibschlussverbindung zum gangradseitigen Reibkonus möglich.
In einer alternativen Ausführungsform der Synchronisationseinheit sind der Synchronring und der Sperrring radial ineinander angeordnet, wobei eine der einander zugewandten Radialseiten radiale Vorsprünge und die andere der einander zugewandten Radialseiten zur Tangentialrichtung geneigte Klemmschrägen aufweist, wobei sich die Vorsprünge und Klemmschrägen bei einer Relativdrehung zwischen dem Synchronring und dem Sperrring verklemmen und die Ringe in radialer Richtung voneinander weg beaufschlagen. Im Vergleich zur oben beschriebenen Klemmrollenkupplung sind hier die separaten Klemmkörper bzw. Klemmrollen als radiale Vorsprünge einstückig am Synchronring oder Sperrring angeformt, sodass sich die Anzahl der Einzelbauteile erheblich reduziert. Die Herstellung des Synchron- bzw. Sperrrings wird durch das einstückige Anformen der radialen Vorsprünge jedoch deutlich aufwendiger. Funktional ist im Unterschied zur Klemmrollenkupplung kein Rollen separater Klemmrollen, sondern lediglich ein Gleiten der radialen Vorsprünge an den angrenzenden Klemmschrägen möglich, wodurch bei einer Relativdrehung der im Vergleich zum Rollreibungswiderstand deutlich größere Gleitreibungswiderstand wirkt.
Der Synchronring ist vorzugsweise radial innerhalb des Sperrrings angeordnet und weist auf einer radialen Außenseite zur Tangentialrichtung geneigte Klemmschrägen auf. Unabhängig davon, ob die Klemmkörper separat ausgebildet oder als radiale Vorsprünge einstückig am Sperrring angeformt sind, stellen die Klemmschrägen am Sperrring eine einfache Möglichkeit dar, den Synchronring bei einer Relativdrehung radial einwärts gegen den gangradseitigen Reibkonus zu beaufschlagen. Um eine bidirektionale, das heißt in beiden Drehrichtungen wirkende Klemmung zu erhalten sind die Klemmschrägen besonders bevorzugt als in Umfangsrichtung symmetrische, satteldachförmige Flächen ausgebildet.
Der Sperrring kann im Übrigen radial außerhalb des Synchronrings angeordnet sein und auf einer radialen Innenseite eine in Umfangsrichtung umlaufende Nut oder mehrere in Umfangsrichtung beabstandete Taschen zur Aufnahme von separaten Klemmkörpern aufweisen. Die umlaufende Nut ermöglicht ein reibungsarmes Rollen der als Klemmrollen ausgebildeten Klemmkörper und ist zudem fertigungstechnisch einfach herstellbar. In der Variante mit in Umfangsrichtung beabstandeten Taschen ist gewöhnlich kein Rollen, sondern lediglich ein Gleiten der Klemmrollen an den angrenzenden Klemmschrägen möglich. Allerdings lässt sich durch die Taschen auf einfache Art und Weise eine in Umfangsrichtung äquidistante Verteilung der Klemmkörper sicherstellen, was zu einer vorteilhaften, gleichmäßigen radialen Beaufschlagung des Synchronkörpers führt.
In einer weiteren Ausführungsform der Synchronisationseinheit umfasst der Synchronring axiale Synchronring-Fortsätze, welche jeweils in eine zugeordnete Synchronring-Ausnehmung des Getriebeelements eingreifen, wobei durch die tangentialen Abmessungen der Synchronring-Fortsätze und der Synchronring-Ausnehmungen eine Relativdrehung zwischen Synchronring und Getriebeelement begrenzt ist. Somit sind der Synchronring und das Getriebeelement auf einfache Weise mit vorbestimmbarem Spiel in Umfangsrichtung formschlüssig gekoppelt.
Insbesondere kann axial beidseits des Getriebeelements ein Synchronring vorgesehen sein, wobei die Synchronringe einander zugeordnete Synchronring-Fortsätze umfassen, welche in Umfangsrichtung eine Formschlussverbindung ausbilden und die Synchronringe im Wesentlichen drehfest miteinander verbinden. Diese Synchronringkopplung in Umfangsrichtung führt zu einem höheren Trägheitsmoment, wodurch die Synchronringe weniger anfällig für Anregungen durch Schleppmomente sind, was wiederum zu einem besonders geräuscharmen Betrieb der Synchronisationseinheit führt.
In einer weiteren Ausführungsform der Synchronisationseinheit umfasst der Sperrring axiale Sperrring-Fortsätze, welche jeweils in eine zugeordnete Sperrring-Ausnehmung des Getriebeelements eingreifen, wobei durch die tangentialen Abmessungen der Sperrring-Fortsätze und der Sperrring-Ausnehmungen eine Relativdrehung zwischen dem Sperrring und dem Getriebeelement begrenzt ist. Somit sind der Sperrring und das Getriebeelement auf einfache Weise mit vorbestimmbarem Spiel in Umfangsrichtung formschlüssig gekoppelt.
Vorzugsweise erstreckt sich in dieser Ausführungsform ein axialer Sperrring-Fortsatz axial vom Sperrring zu einem freien Ende hin, wobei der Sperrring-Fortsatz angrenzend an den Sperrring einen ersten Abschnitt mit einer ersten tangentialen Abmessung, angrenzend an das freie Ende einen zweiten Abschnitt mit einer zweiten tangentialen Abmessung sowie axial zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt einen Übergangsabschnitt aufweist, in welchem sich die tangentiale Abmessung des Sperrring-Fortsatzes von der ersten tangentialen Abmessung auf die zweite tangentiale Abmessung verringert. Durch diese Geometrie des Sperrring-Fortsatzes lässt sich mit geringem konstruktiven Aufwand eine Sperrstellung der Synchronisationseinheit definieren, in der zwischen dem Synchronring und dem Reibkonus ein Reibkontakt zur Drehzahlsynchronisierung, jedoch noch kein Reibschluss zur Drehmomentübertragung möglich ist.
Vorzugsweise ist axial beidseits des Getriebeelements ein Sperrring vorgesehen, wobei die Sperrringe einander zugeordnete Sperrring-Fortsätze umfassen, welche in Axialrichtung und/oder Umfangsrichtung eine Formschlussverbindung ausbilden und dementsprechend die Sperrringe im Wesentlichen axial aneinander fixieren und/oder drehfest miteinander verbinden. Infolge einer axialen Fixierung der Sperrringe aneinander sowie der axialen Verbindung zu den Synchronringen wird der „inaktive“ Synchronring beim Schaltvorgang „zwangsgelüftet“, das heißt vom angrenzenden Reibkonus axial wegbewegt, wodurch das Auftreten unerwünschter Schleppmomente verringert oder sogar ganz verhindert wird.
Ist axial beidseits des Getriebeelements ein Sperrring vorgesehen, so können die Sperrringe einander zugeordnete Sperrring-Fortsätze umfassen, welche an einer radialen Innenseite ihrer einander zugewandten, freien Enden Vorsynchronschrägen aufweisen, an denen eine Vorsynchroneinheit angreifen kann. Auf diese Weise lässt sich über die Sperrring-Fortsätze mit geringem Aufwand auch eine Vorsynchronisierung realisieren.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Synchronisationseinheit ist das Getriebeelement ein auf der Getriebewelle axial verschieblicher Transmitter. Ein Transmitter führt gegenüber einem alternativ einsetzbaren Synchronkörper ohne funktionale Beeinträchtigung zu einer konstruktiven sowie fertigungstechnischen Vereinfachung und damit auch zu einer besonders kostengünstigen Bauweise der Synchronisationseinheit.
Im Transmitter ist dabei vorzugsweise eine Vorsynchroneinheit aufgenommen, wobei die Vorsynchroneinheit am Sperrring angreift und eine axiale Schaltkraft des Transmitters über den Sperrring an den Synchronring weiterleiten kann. Die Vorsynchroneinheit ermöglicht analog zu herkömmlichen Sperrsynchronisierungen nach dem BorgWarner-Prinzip eine kontrollierte Betätigung der Synchronisationseinheit und kann mit geringem konstruktiven Aufwand in den Transmitter integriert werden.
In einer alternativen Ausführungsform der Synchronisationseinheit ist das Getriebeelement ein auf der Getriebewelle axial fixierter Synchronkörper, wobei die Synchronisationseinheit eine Schaltmuffe umfasst, die relativ zum Synchronkörper drehfest, aber axial verschieblich angeordnet ist.
In dieser Ausführungsform weist der Sperrring bevorzugt eine Sperrverzahnung auf, die vor der Drehzahlsynchronisierung eine axiale Verschiebung der Schaltmuffe sperrt und nach der Drehzahlsynchronisierung eine axiale Verschiebung der Schaltmuffe freigibt. Verglichen mit der Transmitter-Bauweise führt die Synchronkörper-Bauweise in einer Sperrstellung der Synchronisationseinheit zwar zu geringeren Flächenpressungen und damit geringeren Bauteilbeanspruchungen, ist allerdings auch konstruktiv deutlich aufwendiger.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. In diesen zeigen:
1 eine perspektivische Explosionsansicht einer erfindungsgemäßen Synchronisationseinheit;
2 einen Längsschnitt II-II der Synchronisationseinheit gemäß 1 im zusammengesetzten Zustand;
3 einen Längsschnitt III-III der Synchronisationseinheit gemäß 1 im zusammengesetzten Zustand;
4 einen Querschnitt IV-IV der Synchronisationseinheit gemäß 1 im zusammengesetzten Zustand;
5 einen Querschnitt V-V der Synchronisationseinheit gemäß 1 im zusammengesetzten Zustand;
6 eine perspektivische Detailansicht eines Synchronrings der Synchronisationseinheit gemäß den 1 bis 5;
7 eine perspektivische Detailansicht eines Transmitters der Synchronisationseinheit gemäß den 1 bis 5;
8 eine perspektivische Detailansicht eines Sperrrings für die Synchronisationseinheit gemäß den 1 bis 5;
9 einen Detailausschnitt der 5 mit einem Sperrring gemäß 8;
10 eine perspektivische Detailansicht eines alternativen Sperrrings für die Synchronisationseinheit gemäß den 1 bis 5;
11 einen Detailausschnitt der 5 mit einem Sperrring gemäß 10;
12 Schemaskizzen der Synchronisationseinheit gemäß den 1 bis 5 in einer Neutralstellung;
13 Schemaskizzen der Synchronisationseinheit gemäß den 1 bis 5 in einer Vorsynchronstellung;
14 Schemaskizzen der Synchronisationseinheit gemäß den 1 bis 5 in einer Sperrstellung;
15 Schemaskizzen der Synchronisationseinheit gemäß den 1 bis 5 in einer Schaltstellung; und
16 einen schematischen Teilschnitt durch eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Synchronisationseinheit.
Die 1 bis 5 zeigen eine Synchronisationseinheit 10 zur reibschlüssigen Drehmomentübertragung in einem Schaltgetriebe 12, wobei in 1 eine perspektivische Explosionsansicht, in den 2 und 3 jeweils ein Längsschnitt und in den 4 und 5 jeweils ein Querschnitt der Synchronisationseinheit 10 dargestellt ist.
Die Synchronisationseinheit 10 umfasst ein Getriebeelement 14, das auf einer in den 2 und 3 angedeuteten Getriebewelle 16 drehfest angebracht und um eine Getriebeachse X drehbar ist, einen Synchronring 18 zur Kopplung des Getriebeelements 14 mit einem Gangrad 20 des Schaltgetriebes 12 über eine Reibverbindung, sowie einen Sperrring 22, der mit dem Synchronring 18 in axialer Richtung 24 verbunden und in Umfangsrichtung 26 so gekoppelt ist, dass der Sperrring 22 den Synchronring 18 bei einer Relativdrehung radial beaufschlagt. Der Synchronring 18 weist dabei eine konische Reibfläche 28 auf, die zur Drehzahlsynchronisierung zwischen dem Getriebeelement 14 und dem Gangrad 20 im Wesentlichen durch eine axiale Schaltkraft F_S und zur Drehmomentübertragung zwischen dem Getriebeelement 14 und dem Gangrad 20 im Wesentlichen durch eine radiale Klemmkraft F_K gegen einen angrenzenden, gangradseitigen Reibkonus 30 beaufschlagt ist (siehe insbesondere 2). Im dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst der Synchronring 18 zusätzlich einen optionalen Reibbelag 31, der die Reibfläche 28 aufweist und im zusammengesetzten Zustand der Synchronisationseinheit 10 mit dieser Reibfläche 28 an den Reibkonus 30 angrenzt.
Die 6 zeigt den Synchronring 18 in einer perspektivischen Detailansicht, wobei deutlich wird, dass der Synchronring 18 mehrteilig ausgebildet ist und wenigstens zwei separate Ringsegmente 32, 34 aufweist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind genau zwei separate Ringsegmente 32, 34 vorgesehen, die axial formschlüssig verbunden und zueinander radial beweglich sind. Selbstverständlich ist auch denkbar, dass der segmentierte Synchronring 18 drei oder mehr separate Ringsegmente 32, 34 aufweist, die zueinander radial beweglich sind. In einer alternativen Ausführungsform kann der Synchronring 18 auch einstückig als offener C-Ring ausgebildet sein. Ähnlich wie der segmentiert ausgeführte Synchronring 18 lässt sich auch der offen oder geschlitzt ausgeführte Synchronring 18 in radialer Richtung 36 mit geringem Kraftaufwand einfach bewegen bzw. verformen.
Je nach Materialeigenschaft und radialer Ringabmessung kann der Synchronring 18 in einigen Ausführungsvarianten sogar als geschlossener Ring ausgebildet sein. In diesem Fall ist jedoch eine größere radiale Klemmkraft F_K (siehe 2) nötig, um den Synchronring 18 über seine Materialelastizität radial zu verformen und gegen den gangradseitigen Reibkonus 30 zu beaufschlagen.
Die 7 zeigt eine perspektivische Detailansicht des Getriebeelements 14, welches hier ein auf der Getriebewelle 16 axial verschieblicher Transmitter ist. Im Getriebeelement 14 sind zum einen Sperrring-Ausnehmungen 48, 50 vorgesehen, in welche die Sperrring-Fortsätze 44, 46 des Sperrrings 22 eingreifen können, und zum anderen Synchronring-Ausnehmungen 66, in welche die Synchronring-Fortsätze 64 des Synchronrings 18 eingreifen können. Jede Synchronring-Ausnehmung 66 ist dabei radial einwärts einer zugeordneten Sperrring-Ausnehmung 48, 50 angeordnet und als separate Öffnung ausgeführt. In alternativen Ausführungsvarianten ist jede Synchronring-Ausnehmung 66 jeweils mit der radial angrenzenden Sperrring-Ausnehmung 48, 50 zu einer Kombi-Öffnung zusammengefasst, in welche dann jeweils ein Sperrring-Fortsatz 44, 46 und ein Synchronring-Fortsatz 64 eingreifen kann.
Gemäß den 1 und 4 ist in dem Transmitter eine Vorsynchroneinheit 38 aufgenommen, wobei die Vorsynchroneinheit am Sperrring 22 angreift und die axiale Schaltkraft F_S des Transmitters über den Sperrring 22 an den Synchronring 18 weiterleiten kann. Die Vorsynchroneinheit 38 umfasst im dargestellten Ausführungsbeispiel in Transmittertaschen eingesteckte Federelemente 40 sowie kugelförmige Druckkörper 42, die jeweils einem Federelement 40 zugeordnet und von dem Federelement 40 radial nach außen gegen den Sperrring 22 beaufschlagt sind.
Die 8 zeigt eine perspektivische Detailansicht des Sperrrings 22, wobei der Sperrring 22 axiale Sperrring-Fortsätze 44, 46 umfasst, welche jeweils in eine zugeordnete Sperrring-Ausnehmung 48, 50 des Getriebeelements 14 eingreifen, wobei durch die tangentialen Abmessungen der Sperrring-Fortsätze 44, 46 und Sperrring-Ausnehmungen 48, 50 eine Relativdrehung zwischen dem Sperrring 22 und dem Getriebeelement 14 begrenzt ist. Gemäß den 1 bis 3 ist axial beidseits des Getriebeelements 14 ein Sperrring 22 vorgesehen, wobei die Sperrringe 22 einander zugeordnete Sperrring-Fortsätze 44 umfassen, welche an einer radialen Innenseite ihrer einander zugewandten, freien Enden 52 Vorsynchronschrägen 54 aufweisen, an denen die Vorsynchroneinheit 38, konkret der kugelförmige Druckkörper 42 der Vorsynchroneinheit 38, angreifen kann (siehe 2). Ferner umfassen die Sperrringe 22 einander zugeordnete Sperrring-Fortsätze 46, welche in Axialrichtung 24 und/oder in Umfangsrichtung 26 eine Formschlussverbindung ausbilden und dementsprechend die beiden Sperrringe 22 im Wesentlichen axial aneinander fixieren und/oder drehfest miteinander verbinden. Im vorliegenden Fall handelt es sich bei den Sperrring-Fortsätzen 46 um Puzzle-ähnlich geformte Fortsätze mit Hinterschnitt, sodass die beiden Sperrringe 22 durch die Sperrring-Fortsätze 46 sowohl axial aneinander fixiert als auch drehfest miteinander verbunden sind.
Der Synchronring 18 und der Sperrring 22 sind gemäß 5 radial ineinander angeordnet, wobei radial zwischen dem Synchronring 18 und dem Sperrring 22 mehrere separate Klemmkörper 56 vorgesehen sind, welche sich bei einer Relativdrehung zwischen dem Synchronring 18 und dem Sperrring 22 verkeilen und die beiden Ringe 18, 22 in radialer Richtung 36 voneinander weg beaufschlagen. Wie in 1 zu sehen, sind die Klemmkörper 56 insbesondere Klemmrollen, welche zusammen mit dem Synchronring 18 und dem Sperrring 22 eine bidirektionale Klemmrollenkupplung bilden. Ist die Klemmrollenkupplung geschlossen, so wird der Synchronring 18 in radialer Richtung 36 gegen den Reibkonus 30 gepresst und bildet mit dem Reibkonus 30 eine Reibschlussverbindung. Die radiale Bewegung des Synchronrings 18 ist bei segmentierter oder geschlitzter Ausführung mit besonders geringem Kraftaufwand und geringem Reibringwiderstand möglich.
Gemäß den 5 und 6 ist der Synchronring 18 radial innerhalb des Sperrrings 22 angeordnet und weist auf einer radialen Außenseite zur Tangentialrichtung geneigte Klemmschrägen 58 auf, wobei die Klemmschrägen insbesondere als in Umfangsrichtung 26 symmetrische, satteldachförmige Flächen ausgebildet sind. Aufgrund dieser in Umfangsrichtung 26 symmetrischen Dachschrägen ergibt sich die erwünschte, bidirektionale Wirkung der Klemmrollenkupplung.
Der Sperrring 22 ist entsprechend radial außerhalb des Synchronrings 18 angeordnet und weist gemäß 8 auf einer radialen Innenseite eine in Umfangsrichtung 26 umlaufende Nut 60 auf. Die 9 zeigt ein Detail der Klemmrollenkupplung zwischen dem Synchronring 18 gemäß 6 und dem Sperrring 22 gemäß 8. Es wird deutlich, dass die Klemmrollen bei einer Relativdrehung zwischen dem Synchronring 18 und dem Sperrring 22 in der Nut 60 abrollen und sich dabei entlang der Klemmschrägen 58 bewegen, bis sie sich zwischen dem Synchronring 18 und dem Sperrring 22 so verkeilt haben, dass eine weitere Relativdrehung nicht möglich und die Klemmrollenkupplung geschlossen ist. Aufgrund der Rollbewegung der Klemmrollen ist die Klemmrollenkupplung gemäß 9 besonders leichtgängig und weist nur einen minimalen Rollreibungswiderstand auf.
Die 10 zeigt eine perspektivische Detailansicht des Sperrrings 22 gemäß einer alternativen Ausführungsform. Statt der in Umfangsrichtung 26 umlaufenden Nut 60 gemäß 8 sind auf der radialen Innenseite des Sperrrings 22 gemäß 10 mehrere in Umfangsrichtung 26 gleichmäßig beabstandete Taschen 62 zur Aufnahme jeweils eines Klemmkörpers 56 vorgesehen. Gegenüber der Nut 60 bringen die Taschen 62 den Vorteil mit sich, dass die Klemmkörper 56 durch die Taschen 62 in Umfangsrichtung 26 fixiert und stets gleichmäßig verteilt bleiben, sodass der Synchronring 18 beim Schließen der Klemmrollenkupplung über seinen Umfang gleichmäßig radial nach innen beaufschlagt und gegen den Reibkonus 30 gepresst wird, um eine zuverlässige Reibschlussverbindung auszubilden. Die 11 zeigt ein Detail der Klemmrollenkupplung zwischen dem Synchronring 18 gemäß 6 und dem Sperrring 22 gemäß 10. Durch die Aufnahme in den Taschen 62 können die Klemmkörper 56 bei einer Relativdrehung zwischen dem Synchronring 18 und dem Sperrring 22 nicht an den Klemmschrägen 58 abrollen, sondern gleiten an den Klemmschrägen 58 entlang. Da der Gleitreibungswiderstand jedoch deutlich größer ist als der Rollreibungswiderstand in der Ausführungsform gemäß den 8 und 9, ist die Klemmrollenkupplung in der Ausführung gemäß den 10 und 11 deutlich schwergängiger als die Klemmrollenkupplung gemäß den 8 und 9.
In einer alternativen Ausführungsvariante der Synchronisationseinheit 10 sind der Synchronring 18 und der Sperrring 22 radial ineinander angeordnet, wobei eine der einander zugewandten Radialseiten in Umfangsrichtung 26 symmetrisch ausgebildete, radiale Vorsprünge und die andere der einander zugewandten Radialseiten zur Tangentialrichtung geneigte Klemmschrägen 58 aufweist, welche insbesondere als in Umfangsrichtung 26 symmetrische, satteldachförmige Flächen ausgebildet sind, wobei sich die Vorsprünge und Klemmschrägen 58 bei einer Relativdrehung zwischen dem Synchronring 18 und dem Sperrring 22 verklemmen und die Ringe 18, 22 in radialer Richtung 36 voneinander weg beaufschlagen. Diese Ausführungsvariante entspricht im Wesentlichen der Ausführungsform gemäß den 10 und 11, wobei die separaten Klemmkörper 56 einstückig als radial einwärts ragende Vorsprünge in den Sperrring 22 integriert sind. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass die Anzahl der Einzelbauteile der Synchronisationseinheit 10 erheblich reduziert wird. Im Gegenzug erhöht sich allerdings der Fertigungsaufwand für den Sperrring 22.
Analog zum Sperrring 22 umfasst auch der Synchronring 18 axiale Synchronring-Fortsätze 64 (siehe 6), welche jeweils in eine zugeordnete Synchronring-Ausnehmung 66 des Getriebeelements 14 eingreifen, wobei durch die tangentialen Abmessungen der Synchronring-Fortsätze 64 und Synchronring-Ausnehmungen 66 eine Relativdrehung zwischen dem Synchronring 18 und dem Getriebeelement 14 begrenzt ist (siehe 4).
Ebenfalls analog zu den Sperrringen 22 ist gemäß den 1 bis 3 axial beidseits des Getriebeelements 14 ein Synchronring 18 vorgesehen, wobei die Synchronringe 18 einander zugeordnete Synchronring-Fortsätze 64 umfassen, welche in Umfangsrichtung 26 eine Formschlussverbindung ausbilden und die Synchronringe 18 im Wesentlichen drehfest miteinander verbinden.
Gemäß 4 weist außerdem jeder Synchronring 18 axial beidseits der Klemmschrägen 58 jeweils einen radialen Bund 68 auf, sodass die Klemmkörper 56 relativ zum Synchronring 18 axial fixiert sind. Durch die Aufnahme in der Nut 60 bzw. den Taschen 62 des Sperrrings 22 sind die Klemmkörper 56 darüber hinaus auch relativ zum Sperrring 22 axial fixiert.
Infolge dieser Axialkopplung des Synchronrings 18 und des Sperrrings 22 durch die Klemmkörper 56, die Kopplung der Synchronringe 18 durch einander zugeordnete Synchronring-Fortsätze 64 sowie die Kopplung der Sperrringe 22 durch einander zugeordnete Sperrring-Fortsätze 46 bilden die Synchronringe 18, die Sperrringe 22 und die Klemmkörper 56 eine vormontierte Baugruppe, welche in axialer Richtung 24 im Wesentlichen starr miteinander gekoppelt ist und in Umfangsrichtung 26 eine bidirektionale Klemmrollenkupplung ausbildet.
Die Funktionstrennung zwischen der Drehzahlsynchronisierung und der Drehmomentübertragung wird im Ausführungsbeispiel gemäß 1 bis 11 strukturell maßgeblich durch die Geometrie der Sperrring-Fortsätze 44, der zugeordneten Sperrring-Ausnehmungen 48 sowie der Synchronring-Fortsätze 64 und der zugeordneten Synchronring-Ausnehmungen 66 beeinflusst. Insbesondere anhand der 8, 10 und 12 wird deutlich, dass sich ein axialer Sperrring-Fortsatz 44 axial vom Sperrring 22 zu einem freien Ende 52 hin erstreckt, wobei der Sperrring-Fortsatz 44 angrenzend an den Sperrring 22 einen ersten Abschnitt 70 mit einer ersten tangentialen Abmessung t₁, angrenzend an das freie Ende 52 einen zweiten Abschnitt 72 mit einer zweiten tangentialen Abmessung t₂ sowie axial zwischen dem ersten Abschnitt 70 und dem zweiten Abschnitt 72 einen Übergangsabschnitt 74 aufweist, indem sich die tangentiale Abmessung t des Sperrring-Fortsatzes 44 von der ersten tangentialen Abmessung t₁ auf die zweite tangentiale Abmessung t₂ verringert.
Die 12 bis 15 zeigen jeweils drei Schemaskizzen der Synchronisationseinheit 10, wobei die linke Skizze jeweils die einander zugeordneten Synchronring-Fortsätze 64 der Synchronringe 18 in der Synchronring-Ausnehmung 66 des Getriebeelements 14, die mittlere Skizze jeweils die einander zugeordneten Sperrring-Fortsätze 44 der Sperrringe 22 in der Sperrring-Ausnehmung 48 und die rechte Skizze eine Relativdrehung zwischen dem Synchronring 18 und dem Sperrring 22 veranschaulicht.
Die 12 zeigt dabei eine unbetätigte Neutralstellung der Synchronisationseinheit 10, während in 13 eine Vorsynchronstellung, in 14 eine Sperrstellung und in 15 eine Schaltstellung der Synchronisationseinheit 10 dargestellt ist.
Bezugnehmend auf die jeweils mittlere Skizze der 12 bis 15 ist jeder Sperrring-Fortsatz 44 in Umfangsrichtung 26 symmetrisch ausgebildet. Der erste Abschnitt 70 jedes axialen Sperrring-Fortsatzes 44 ist in Umfangsrichtung 26 durch entgegengesetzte Schaltflächen 76 begrenzt, wobei sich der Sperrring 22 in einer Schaltstellung der Synchronisationseinheit 10 gemäß 15 in Umfangsrichtung 26 über eine der Schaltflächen 76 am Getriebeelement 14 abstützt. Der zweite Abschnitt 72 jedes axialen Sperrring-Fortsatzes 44 ist in Umfangsrichtung 26 durch entgegengesetzte Anschlagflächen 78 begrenzt, welche in einer Neutralstellung der Synchronisationseinheit 10 gemäß 12 in Umfangsrichtung 26 an Gegenflächen 80 des Getriebeelements 14 angrenzen. Ferner ist der Übergangsabschnitt 74 jedes axialen Sperrring-Fortsatzes 44 in Umfangsrichtung 26 durch entgegengesetzte Sperrflächen 82 begrenzt, welche jeweils um einen Winkel α zur Axialrichtung 24 geneigt sind, wobei sich der Sperrring 22 in einer Sperrstellung der Synchronisationseinheit 10 gemäß 14 in Umfangsrichtung 26 über eine der Sperrflächen 82 an einer angrenzenden Sperrfläche 84 des Getriebeelements 14 abstützt, die ebenfalls um den Winkel α zur Axialrichtung 24 geneigt ist.
Im Folgenden wird anhand der 12 bis 15 ein Schaltvorgang der Synchronisationseinheit 10 zur reibschlüssigen Drehmomentübertragung im Schaltgetriebe 12 beschrieben.
In der unbetätigten Neutralstellung der Synchronisationseinheit 10 gemäß 12 ist die vormontierte Baugruppe aus den Synchronringen 18, den Sperrringen 22 sowie den Klemmkörpern 56 durch die Vorsynchroneinheit 38 relativ zu dem als Transmitter ausgebildeten Getriebeelement 14 axial zentriert (siehe auch 2). In Umfangsrichtung 26 ist die gesamte vormontierte Baugruppe relativ zum Getriebeelement 14 begrenzt verdrehbar, wobei die tangentialen Abmessungen der Synchronring-Fortsätze 64 und Synchronring-Ausnehmungen 66 bzw. der Sperrring-Fortsätze 44 und Sperrring-Ausnehmungen 48 die Relativdrehung begrenzen (siehe zum Beispiel 13). Da die Synchronringe 18 und die Sperrringe 22 in der Neutralstellung unbelastet und frei drehbar sind, befinden sich die Klemmkörper 56 in Umfangsrichtung 26 im Wesentlichen in einer Mittellage, in welcher sie keine nennenswerte radiale Belastung auf den Synchronring 18 und den Sperrring 22 ausüben (12, rechte Skizze).
Bei Beginn des Schaltvorgangs wird das Getriebeelement 14 durch die Schaltkraft F_S axial auf der Getriebewelle 16 verschoben. Durch die integrierte Vorsynchroneinheit 38 wird der Sperrring 22 und über die Klemmkörper 56 auch der Synchronring 18 mitgenommen. Das axiale Andrücken des Synchronrings 18 an den Reibkonus 30 führt zu einem Reibmoment, welches die Synchronringe 18 in Umfangsrichtung 26 relativ zum Getriebeelement 14 verdreht, bis die Synchronring-Fortsätze 64 an einem Rand der Synchronring-Ausnehmungen 66 anschlagen (13, linke Skizze). Da der Sperrring 22 in Umfangsrichtung 26 im Wesentlichen frei drehbar ist, genügt eine geringe Bewegung der Klemmkörper 56 aus ihrer Mittellage, um den Sperrring 22 in Umfangsrichtung 26 „mitzunehmen“. Die Bewegung der Klemmkörper 56 aus ihrer Mittellage ist minimal und daher in der rechten Skizze der 13 vernachlässigt. In der Vorsynchronstellung der Synchronisationseinheit 10 gemäß 13 ist entscheidend, dass sich der Sperrring 22 und der Synchronring 18 im Wesentlichen um den gleichen Umschlagwinkel verdrehen (können), sodass die Klemmkörper 56 im Wesentlichen in ihrer Mittellage verbleiben und keine nennenswerte Radialkraft auf den Sperrring 22 bzw. den Synchronring 18 ausüben.
Trifft das Getriebeelement 14 mit seinen abgeschrägten Sperrflächen 84 gegen die ebenfalls abgeschrägten Sperrflächen 82 der Sperrring-Fortsätze 44 am Sperrring 22, so ist die Sperrstellung der Synchronisationseinheit 10 gemäß 14 erreicht.
Vorzugsweise ist der Neigungswinkel α der Sperrflächen 82, 84 so gewählt, dass die Synchronisationseinheit 10 sperrsicher ist, dass also das durch die Schaltkraft F_S erzeugte Reibmoment zwischen dem Synchronring 18 und dem Reibkonus 30 größer ist als das durch die Schaltkraft F_S erzeugte Entsperrmoment an den Sperrflächen 82, 84. In diesem Fall verbleiben während der Drehzahlsynchronisierung theoretisch sowohl die Anschlagflächen 78 der Sperrring-Fortsätze 44 als auch die Anschlagflächen der Synchronring-Fortsätze 64 in Kontakt mit dem Getriebeelement 14 (siehe 13). Wie in 14 angedeutet, kann in der Praxis jedoch eine geringe Relativdrehung zwischen dem Synchronring 18 und dem Sperrring 22 auftreten, um vorhandene Spiele oder Toleranzen zwischen den Ringen 18, 22 soweit auszugleichen, dass die Klemmkörper 56 mit den Klemmschrägen 58 in Kontakt kommen, sich aber noch nicht verklemmen. Solange die Bedingung Sperrmoment > Synchronmoment erfüllt ist, kommt es folglich beim Drehzahlangleich zwischen dem Getriebeelement 14 und dem Gangrad 20 zu keiner radialen Klemmung. Die Klemmrollenkupplung bleibt deaktiviert.
Alternativ kann der Neigungswinkel α auch so gewählt werden, dass das durch die Schaltkraft F_S erzeugte Reibmoment zwischen dem Synchronring 18 und dem Reibkonus 30 kleiner ist als das durch die Schaltkraft F_S erzeugte Entsperrmoment an den Sperrflächen 82, 84. Durch die axiale Schaltkraft F_S und den Neigungswinkel α der Sperrflächen 82, 84 wird der Sperrring 22 in diesem Fall gegenüber dem Synchronring 18 in Umfangsrichtung 26 etwas zurückgedreht, wodurch sich die Klemmkörper 56 entlang der Klemmschrägen 58 bewegen. Hierbei ist entscheidend, dass die Klemmrollenkupplung in der Sperrstellung der Synchronisationseinheit 10 nicht vollständig aktiviert oder geschlossen wird, sondern lediglich eine Klemmung erzeugt, welche sich „im Gleichgewicht“ mit der Schaltkraft F_S befindet. Die Bewegung des Klemmkörpers 56 aus seiner Mittellage um einen Weg s₁ (14, rechte Skizze) führt zu einem Reibmoment zwischen der konischen Reibfläche 28 des Synchronrings 18 und dem gangradseitigen Reibkonus 30. Steigt dieses Reibmoment über einen Gleichgewichtszustand, so würde die resultierende Axialkraft die wirkende Schaltkraft F_S übersteigen und das Getriebeelement 14 entgegen der Schaltkraft F_S axial zurückschieben. Dabei würden die Sperrflächen 82 des Sperrrings 22 an der anliegenden Sperrflächen 84 des Getriebeelements 14 entlang gleiten und die Klemmung der Klemmrollenkupplung wieder reduzieren. Mit anderen Worten wird die Klemmrollenkupplung in der Sperrstellung der Synchronisationseinheit 10 gemäß 14 nicht voll wirksam, sondern erreicht lediglich einen Gleichgewichtszustand in Abhängigkeit von der wirkenden Schaltkraft F_S. Dies bedeutet, dass auch bei einer (theoretisch) nicht-sperrsicheren Synchronisationseinheit 10 durch eine Teilaktivierung der Klemmrollenkupplung das Reibmoment verstärkt und folglich ein vorzeitiges Durchschalten des Getriebeelements 14 verhindert wird.
Eine Differenzdrehzahl zwischen dem Getriebeelement 14 und dem Gangrad 20 wird somit analog zum Borg-Warner-Prinzip durch ein aus der Schaltkraft F_S resultierendes Reibmoment abgebaut. Dies gilt unabhängig vom Neigungswinkel α und der damit einhergehenden Sperrsicherheit der Synchronisationseinheit 10.
Nach erfolgter Drehzahlsynchronisierung kann der Sperrring 22 mit dem Synchronring 18 und dem Gangrad 20 verdreht und die Synchronisationseinheit 10 entsperrt werden. Das als Transmitter ausgebildete Getriebeelement 14 wird für die weitere axiale Bewegung auf der Getriebewelle 16 freigegeben und der Sperrring 22 um einen Tangentialweg s₂ = (t₁ – t₂)/2 zurückgedreht. Der Synchronring 18 verdreht sich dabei relativ zum Sperrring 22, indem sich die Klemmkörper 56 um einen maximalen Klemmweg s_max > s₁ aus ihrer jeweiligen Mittellage bewegen. Dadurch wird der Klemmmechanismus der Klemmrollenkupplung aktiviert und spannt zur Übertragung des Drehmoments die Ringsegmente 32, 34 des Synchronrings 18 radial zwischen den Sperrring 22 und den gangradseitigen Reibkonus 30. Das Drehmoment wird dabei nach erfolgter Synchronisierung vom Synchronring 18 über die Klemmkörper 56 auf den Sperrring 22 und über die Sperrring-Fortsätze 44 in das Getriebeelement 14 eingeleitet. Die Klemmrollenkupplung ist geschlossen und der Synchronring 18 reibschlüssig mit dem Reibkonus 30 verbunden.
Damit die Klemmrollenkupplung ihre Klemmwirkung voll entfalten kann, wurde für die Synchronisationseinheit 10 gemäß den 1 bis 15 s₂ > s_max gewählt. Dadurch liegt der Synchronring-Fortsatz 64 in der Schaltstellung gemäß 15 nicht mehr am Anschlag der Synchronring-Ausnehmung 66 an, sondern weist in Umfangsrichtung 26 einen Abstand s₃ = s₂ – s_max auf (15, linke Skizze).
Ferner ist hervorzuheben, dass die Synchronisationseinheit 10 in vorteilhafter Weise auch ohne die Schaltkraft F_S zuverlässig in der Schaltstellung gemäß 14 verbleibt. Dies trägt zu einem besonders energiesparenden Betrieb des Schaltgetriebes 12 bei.
Die Klemmung wird erst aufgehoben, wenn das Getriebeelement 14 aktiv in seine axiale Mittenposition zurückgeschoben wird und der Synchronring 18 mit den Synchronring-Fortsätzen 64 in Umfangsrichtung 26 wieder an den Anschlägen der Synchronring-Ausnehmungen 66 des Getriebeelements 14 anliegt. Der Sperrring 22 wird dann „frei“ und kann sich radial entspannen. Eventuell noch vorhandene Losbrechmomente werden gemäß 13 direkt über die Synchronring-Fortsätze 64 des Synchronrings 18 in das Getriebeelement 14 eingeleitet.
Die oben beschriebene Konstruktion der Synchronisationseinheit 10 zur reibschlüssigen Drehmomentübertragung in einem Schaltgetriebe 12 ermöglicht also zunächst einen Abbau der Differenzdrehzahl zwischen dem Getriebeelement 14 und dem Gangrad 20 durch ein aus der Schaltkraft F_S resultierendes Reibmoment analog zu herkömmlichen BorgWarner-Synchronisierungen. Das Herstellen der Reibschlussverbindung zwischen der konischen Reibfläche 28 des Synchronrings 18 und dem Reibkonus 30 des Gangrads 20 durch die radiale Klemmkraft F_K, welche durch das Aktivieren der Klemmrollenkupplung entsteht, ist erst nach erfolgter Drehzahlsynchronisierung möglich. Im Vergleich zu herkömmlichen Borg-Warner-Synchronisierungen ist die oben beschriebene Synchronisationseinheit 10 für Schaltgetriebe 12 konstruktiv deutlich vereinfacht, ohne dass der gewohnte und gewünschte Schaltkomfort beeinträchtigt wird. Konstruktive Vereinfachungen ergeben sich beispielsweise in Bezug auf den Synchronring 18, der sperrverzahnungsfrei ausgebildet ist. Eine verzahnte Schaltmuffe kann im Übrigen genauso entfallen wie eine gangradseitige Schaltverzahnung.
Die 16 zeigt eine alternative Ausführungsform der Synchronisationseinheit 10 in einem schematischen Teilschnitt. Statt des Transmitters in der Ausführungsform gemäß den 1 bis 15 ist hier als Getriebeelement 14 ein auf der Getriebewelle 16 axial fixierter Synchronkörper vorgesehen, wobei die Synchronisationseinheit 10 ferner eine Schaltmuffe 86 umfasst, die relativ zum Synchronkörper drehfest, aber axial verschieblich angeordnet ist. Der Sperrring 22 weist in dieser Ausführungsform eine Sperrverzahnung 88 auf, die vor der Drehzahlsynchronisierung eine axiale Verschiebung der Schaltmuffe 86 sperrt und nach der Drehzahlsynchronisierung eine axiale Verschiebung der Schaltmuffe 86 freigibt.
Die oben anhand der 14 beschriebene Sperrfunktion der Synchronisationseinheit 10 wurde in dieser Ausführungsform konstruktiv von den Sperrring-Fortsätzen 44 und den zugeordneten Sperrring-Ausnehmungen 48 auf die Schaltmuffe 86 und die Sperrverzahnung 88 des Sperrrings 22 übertragen. Die Anzahl der Zähne der Sperrverzahnung 88 sowie einer mit der Sperrverzahnung 88 zusammenwirkenden Schaltmuffenverzahnung ist deutlich größer als die Anzahl der Sperrring-Fortsätze 44 bzw. der Sperrring-Ausnehmungen 48, sodass in der Ausführungsform gemäß 16 erheblich mehr Sperrflächen 82, 84 vorgesehen sind als in der Ausführungsform gemäß den 1 bis 15. Dementsprechend sind die Flächenpressungen in der Sperrstellung bei einer Synchronisationseinheit 10 gemäß 16 geringer als bei einer Synchronisationseinheit 10 gemäß den 1 bis 15. Folglich ist die Synchronisationseinheit 10 gemäß 16 höher belastbar, allerdings auch konstruktiv aufwendiger. So weist die Synchronisationseinheit 10 gemäß 16 eine verzahnte Schaltmuffe 86 sowie einen verzahnten Sperrring 22 auf. Nach wie vor ist jedoch der Synchronring 18 sperrverzahnungsfrei ausgebildet und im Übrigen keine gangradseitige Schaltverzahnung nötig.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008049994 A1 [0003]

Claims

Synchronisationseinheit zur reibschlüssigen Drehmomentübertragung in einem Schaltgetriebe (12), mit einem Getriebeelement (14), das auf einer Getriebewelle (16) drehfest angebracht und um eine Getriebeachse (X) drehbar ist, einem Synchronring (18) zur Kopplung des Getriebeelements (14) mit einem Gangrad (20) des Schaltgetriebes (12) über eine Reibverbindung, sowie einem Sperrring (22), der mit dem Synchronring (18) in axialer Richtung (24) verbunden und in Umfangsrichtung (26) so gekoppelt ist, dass der Sperrring (22) den Synchronring (18) bei einer Relativdrehung radial beaufschlagt, wobei der Synchronring (18) eine konische Reibfläche (28) aufweist, die zur Drehzahlsynchronisierung im Wesentlichen durch eine axiale Schaltkraft (F_S) und zur Drehmomentübertragung im Wesentlichen durch eine radiale Klemmkraft (F_K) gegen einen gangradseitigen Reibkonus (30) beaufschlagt ist.
Synchronisationseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Synchronring (18) als offener C-Ring ausgebildet ist.
Synchronisationseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Synchronring (18) mehrteilig ausgebildet ist und wenigstens zwei separate Ringsegmente (32, 34) aufweist, die zueinander radial beweglich sind.
Synchronisationseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Synchronring (18) und der Sperrring (22) radial ineinander angeordnet sind, wobei radial zwischen dem Synchronring (18) und dem Sperrring (22) mehrere separate Klemmkörper (56) vorgesehen sind, welche sich bei einer Relativdrehung zwischen dem Synchronring (18) und dem Sperrring (22) verkeilen und die Ringe (18, 22) in radialer Richtung (36) voneinander weg beaufschlagen.
Synchronisationseinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmkörper (56) Klemmrollen sind, welche mit dem Synchronring (18) und dem Sperrring (22) eine bidirektionale Klemmrollenkupplung bilden.
Synchronisationseinheit nach einem Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Synchronring (18) und der Sperrring (22) radial ineinander angeordnet sind, wobei eine der einander zugewandten Radialseiten radiale Vorsprünge und die andere der einander zugewandten Radialseiten zur Tangentialrichtung geneigte Klemmschrägen (58) aufweist, wobei sich die Vorsprünge und Klemmschrägen (58) bei einer Relativdrehung zwischen dem Synchronring (18) und dem Sperrring (22) verklemmen und die Ringe (18, 22) in radialer Richtung (36) voneinander weg beaufschlagen.
Synchronisationseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Synchronring (18) radial innerhalb des Sperrrings (22) angeordnet ist und auf einer radialen Außenseite zur Tangentialrichtung geneigte Klemmschrägen (58) aufweist.
Synchronisationseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sperrring (22) radial außerhalb des Synchronrings (18) angeordnet ist und auf einer radialen Innenseite eine in Umfangsrichtung (26) umlaufende Nut (60) oder mehrere in Umfangsrichtung (26) beabstandete Taschen (62) zur Aufnahme von Klemmkörpern (56) aufweist.
Synchronisationseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Synchronring (18) axiale Synchronring-Fortsätze (64) umfasst, welche jeweils in eine zugeordnete Synchronring-Ausnehmung (66) des Getriebeelements (14) eingreifen, wobei durch die tangentialen Abmessungen der Synchronring-Fortsätze (64) und der Synchronring-Ausnehmungen (66) eine Relativdrehung zwischen dem Synchronring (18) und dem Getriebeelement (14) begrenzt ist.
Synchronisationseinheit nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass axial beidseits des Getriebeelements (14) ein Synchronring (18) vorgesehen ist, wobei die Synchronringe (18) einander zugeordnete Synchronring-Fortsätze (64) umfassen, welche in Umfangsrichtung (26) eine Formschlussverbindung ausbilden und die Synchronringe (18) im Wesentlichen drehfest miteinander verbinden.
Synchronisationseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sperrring (22) axiale Sperrring-Fortsätze (44, 46) umfasst, welche jeweils in eine zugeordnete Sperrring-Ausnehmung (48, 50) des Getriebeelements (14) eingreifen, wobei durch die tangentialen Abmessungen der Sperrring-Fortsätze (44, 46) und der Sperrring-Ausnehmungen (48, 50) eine Relativdrehung zwischen dem Sperrring (22) und dem Getriebeelement (14) begrenzt ist.
Synchronisationseinheit nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein axialer Sperrring-Fortsatz (44) axial vom Sperrring (22) zu einem freien Ende (52) hin erstreckt, wobei der Sperrring-Fortsatz (44) angrenzend an den Sperrring (22) einen ersten Abschnitt (70) mit einer ersten tangentialen Abmessung (t₁), angrenzend an das freie Ende (52) einen zweiten Abschnitt (72) mit einer zweiten tangentialen Abmessung (t₂) sowie axial zwischen dem ersten Abschnitt (70) und dem zweiten Abschnitt (72) einen Übergangsabschnitt (74) aufweist, in dem sich die tangentiale Abmessung des Sperrring-Fortsatzes (44) von der ersten tangentialen Abmessung (t₁) auf die zweite tangentiale Abmessung (t₂) verringert.
Synchronisationseinheit nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass axial beidseits des Getriebeelements (14) ein Sperrring (22) vorgesehen ist, wobei die Sperrringe (22) einander zugeordnete Sperrring-Fortsätze (46) umfassen, welche in Axialrichtung (24) und/oder Umfangsrichtung (26) eine Formschlussverbindung ausbilden und dementsprechend die Sperrringe (22) im Wesentlichen axial aneinander fixieren und/oder drehfest miteinander verbinden.
Synchronisationseinheit nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass axial beidseits des Getriebeelements (14) ein Sperrring (22) vorgesehen ist, wobei die Sperrringe (22) einander zugeordnete Sperrring-Fortsätze (44) umfassen, welche an einer radialen Innenseite ihrer einander zugewandten, freien Enden (52) Vorsynchronschrägen (54) aufweisen, an denen eine Vorsynchroneinheit (38) angreifen kann.
Synchronisationseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebeelement (14) ein auf der Getriebewelle (16) axial verschieblicher Transmitter ist.
Synchronisationseinheit nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass im Transmitter eine Vorsynchroneinheit (38) aufgenommen ist, wobei die Vorsynchroneinheit (38) am Sperrring (22) angreift und eine axiale Schaltkraft (F_S) des Transmitters über den Sperrring (22) an den Synchronring (18) weiterleiten kann.
Synchronisationseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebeelement (14) ein auf der Getriebewelle (16) axial fixierter Synchronkörper ist, wobei die Synchronisationseinheit (10) eine Schaltmuffe (86) umfasst, die relativ zum Synchronkörper drehfest, aber axial verschieblich angeordnet ist.
Synchronisationseinheit nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Sperrring (22) eine Sperrverzahnung (88) aufweist, die vor der Drehzahlsynchronisierung eine axiale Verschiebung der Schaltmuffe (86) sperrt und nach der Drehzahlsynchronisierung eine axiale Verschiebung der Schaltmuffe (86) freigibt.