DE102013224096B4 - synchronizing - Google Patents
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Abstract
Synchronisiervorrichtung (3) für eine Koppelvorrichtung (4), insbesondere für eine Koppelvorrichtung (4) in einer hydrodynamischen Maschine, zur Koppelung zweier Baugruppen (5, 6), einer Antriebsbaugruppe (5) mit Hochtriebszahnrad (25) und einer Abtriebsbaugruppe (6), wobei beide Baugruppen um eine Drehachse (7) einer Welle angeordnet sind, umfassend mehrere Synchronisationsringe (8, 9, 10) deren Reibflächen zur Drehzahlsynchronisation in Reibkontakt bringbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronisationseinheit (3) zumindest zwei Synchronisationsringe (8, 10) und einen Zwischensynchronisationsring (9) umfasst, wobei Mittel (11, 18) vorgesehen sind, mittels denen der Zwischensynchronisationsring (9) zumindest während des Synchronisationsvorgangs, unabhängig von der Drehzahl der Antriebsbauguppe (5) oder der Abtriebsbaugruppe (6), antreibbar ist. Synchronizing device (3) for a coupling device (4), in particular for a coupling device (4) in a hydrodynamic machine, for coupling two assemblies (5, 6), a drive assembly (5) with a high-speed gear (25) and an output assembly (6), wherein both modules are arranged around a rotation axis (7) of a shaft, comprising a plurality of synchronization rings (8, 9, 10) whose friction surfaces can be brought into frictional contact for speed synchronization, characterized in that the synchronization unit (3) has at least two synchronization rings (8, 10) and an intermediate synchronization ring (9), means (11, 18) being provided by means of which the intermediate synchronization ring (9) can be driven at least during the synchronization process, irrespective of the speed of the drive assembly (5) or the output assembly (6).
Description
Die Erfindung betrifft eine Synchronisiervorrichtung für eine Koppelvorrichtung, insbesondere eine Koppelvorrichtung in einer hydrodynamischen Maschine, zur Koppelung zweier Baugruppen, einer Antriebsbaugruppe und einer Abtriebsbaugruppe, wobei beide Baugruppen um eine Drehachse einer Welle angeordnet sind.The invention relates to a synchronizing device for a coupling device, in particular a coupling device in a hydrodynamic machine, for coupling two assemblies, a drive assembly and an output assembly, wherein both assemblies are arranged about an axis of rotation of a shaft.
Synchronisiervorrichtungen werden zum Beispiel in Koppelvorrichtungen benötigt, wenn die zu koppelnden Baugruppen vor der Kopplung unterschiedliche Drehzahlen aufweisen. Bekannte Synchronisiervorrichtungen sind meist derart aufgebaut, dass diese aus zwei oder mehr konischen Synchronringen zusammengesetzt sind. Synchronringe sind gängige und kostengünstige Elemente zur Drehzahlangleichung.Synchronizing devices are required, for example, in coupling devices when the assemblies to be coupled have different speeds before coupling. Known synchronizing devices are usually constructed such that they are composed of two or more conical synchronizer rings. Synchronizer rings are common and inexpensive elements for speed matching.
So sind Synchronisiervorrichtungen in Schaltgetrieben wie auch in Retardern zu finden. Die Drehzahldifferenz zweier unterschiedlich schnell drehender Baugruppen, wie zum Beispiel Wellen/Zahnräder, können so vor dem Durchschalten einstufig angeglichen werden.Thus, synchronizing devices can be found in manual transmissions as well as in retarders. The speed difference of two different speed rotating assemblies, such as shafts / gears, can be adjusted in one stage before switching through.
Sie wirken einstufig heißt, dass die volle Differenzdrehzahl zum Synchronisieren mittels der sich gegenüberstehen konischen Reibspalte ausgeglichen werden muss.They act in one stage means that the full differential speed for synchronization by means of the opposing conical friction gaps must be compensated.
Weiter wirkt zwischen den unterschiedlich schnell drehenden konischen Reibflächen ein Reibmoment, woraus entsprechende Verlustleistungen entstehen. Dieses Reibmoment ist unter anderem von dem verwendeten Reibbelag abhängig, wobei die leistungsfähigeren Sorten, wie z. B. Carbon, ein höheres spezifisches Reibmoment aufweisen als z. B. Sinterbeläge.Next acts between the different speeds rotating conical friction surfaces a friction torque, resulting in corresponding power losses. This friction torque is dependent inter alia on the friction lining used, the more powerful varieties such. As carbon, have a higher specific friction torque than z. B. sintered pads.
Aufgrund der begrenzten Leistungsfähigkeit der Reibbeläge sind die möglichen synchronisierfähigen Differenzdrehzahlen natürlichen Grenzen unterworfen. Bei Anwendungen in gängigen Schaltgetrieben ist diese Gegebenheit jedoch nicht problematisch, da in der Regel nur die Differenzdrehzahl beieinanderliegender Gänge ausgeglichen werden muss. Bei Sonderanwendungen wie z. B. der Ankoppelung von abgekoppelten, stehenden Aggregaten, wie einem Retarder, muss gegen die volle Betriebsdrehzahl der Antriebswelle synchronisiert werden. Dabei reichen die Leistungsgrenzen der aktuell verfügbaren Reibbeläge, insbesondere hinsichtlich der möglichen Gleitgeschwindigkeit nicht mehr aus.Due to the limited performance of friction linings, the possible synchronizable differential speeds are subject to natural limits. In applications in conventional manual transmissions, however, this situation is not problematic, since usually only the differential speed of adjacent gears must be compensated. For special applications such. As the coupling of decoupled, stationary units, such as a retarder, must be synchronized against the full operating speed of the drive shaft. The performance limits of the currently available friction linings, in particular with regard to the possible sliding speed are no longer sufficient.
Beispielhaft können entsprechende Synchronisiervorrichtungen aus den Druckschriften
Eine der Aufgaben der Erfindung ist es, eine Synchronisiervorrichtung vorzuschlagen, die auch für größere Differenzdrehzahl geeignet ist.One of the objects of the invention is to propose a synchronizing device which is also suitable for greater differential speed.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Synchronisiervorrichtung gemäß Anspruch 1 und einer Koppelvorrichtung gemäß Anspruch 13 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und bevorzugte Lösungsvarianten sind in den hiervon abhängigen Unteransprüchen beschrieben.According to the invention this object is achieved with a synchronizing device according to claim 1 and a coupling device according to
Erfindungsgemäß wird eine Synchronisiervorrichtung für eine Koppelvorrichtung, insbesondere für eine Koppelvorrichtung in einer hydrodynamischen Maschine, entsprechend der eingangs genannten Art vorgeschlagen, die mehrere Synchronisationsringe aufweist, wobei deren Reibflächen zur Drehzahlsynchronisation in Reibkontakt bringbar sind. Die Synchronisiervorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronisationseinheit zumindest zwei Synchronisationsringe und einen Zwischensynchronisationsring umfasst, wobei der Zwischensynchronisationsring während des Synchronisationsvorgangs unabhängig von den Synchronisationsringen antreibbar ist.According to the invention, a synchronizing device for a coupling device, in particular for a coupling device in a hydrodynamic machine, according to the aforementioned type is proposed, which has a plurality of synchronization rings, wherein the friction surfaces for rotational speed synchronization can be brought into frictional contact. The synchronization device is characterized in that the synchronization unit comprises at least two synchronization rings and an intermediate synchronization ring, wherein the intermediate synchronization ring is drivable independently of the synchronization rings during the synchronization process.
Durch den angetriebenen Zwischensynchronisationsring wird erreicht, dass in jedem Reibspalt nur noch eine geringere Differenzgeschwindigkeit synchronisiert werden muss. Weiter ist die realisierbare Differenzgeschwindigkeit zwischen den Reibflächen geringer, wodurch weniger belastbare Reibbeläge eingesetzt werden können.The driven intermediate synchronization ring ensures that only a smaller differential speed has to be synchronized in each friction gap. Furthermore, the realizable differential speed between the friction surfaces is lower, as a result of which less loadable friction linings can be used.
So kann insbesondere vorgesehen werden, dass der Zwischensynchronisationsring derart angetrieben wird, dass dieser mit einer Drehzahl rotiert, die 10 % bis 90 % der Antriebsdrehzahl der Antriebsbaugruppe entspricht.Thus, in particular, it may be provided that the intermediate synchronization ring is driven in such a way that it rotates at a rotational speed which corresponds to 10% to 90% of the drive rotational speed of the drive assembly.
Vorzugsweise kann der Zwischensynchronisationsring derart angetrieben werden, dass dieser mit einer Drehzahl rotiert, die 40 % bis 60 % der Antriebsdrehzahl der Antriebsbaugruppe entspricht, oder weiterhin vorteilhaft mit etwa 50% der Antriebsdrehzahl. Je gleichmäßiger die Differenzdrehzahl aufgeteilt ist, desto gleichmäßiger sind die Kräfte auf die Reibspalte verteilt und damit ein gleichmäßiger Verschleiß an den Reibflächen gewährleistet. Wobei bei der Verwendung unterschiedlicher Reibbeläge auch andere Drehzahlverhältnisse vorteilhaft sein können.Preferably, the intermediate synchronization ring may be driven to rotate at a speed corresponding to 40% to 60% of the drive speed of the drive assembly or, more advantageously, to about 50% of the drive speed. The more uniformly the differential speed is divided, the more uniform the forces are distributed to the friction gaps and thus ensures a uniform wear on the friction surfaces. Whereby, when using different friction linings, other speed ratios may also be advantageous.
In einer bevorzugten Ausführung kann der Zwischensynchronisationsring mit der Antriebsbaugruppe gekoppelt sein, sodass kein separater Antrieb zum Antrieb des Zwischensynchronisationsrings vorgesehen werden muss. In a preferred embodiment, the intermediate synchronization ring may be coupled to the drive assembly so that no separate drive must be provided for driving the intermediate synchronization ring.
Zur Reduzierung der Antriebsdrehzahl kann zwischen Zwischensynchronisationsring und Antriebsbaugruppe ein Getriebe angeordnet sein, mittels dem die Drehzahl des Zwischensynchronisationsrings gegenüber der Antriebsdrehzahl reduziert wird. Denkbar ist auch, das Übersetzungsverhältnis einstellbar bzw. regelbar zu gestallten.To reduce the input speed can be arranged between the intermediate synchronization ring and drive assembly, a transmission by means of which the speed of the intermediate synchronization ring is reduced relative to the input speed. It is also conceivable that the transmission ratio can be adjusted or regulated.
Besonders vorteilhaft ist die Verwendung eines Planetengetriebes, wobei der Zwischensynchronisationsring mit dem Planetenträger, das Sonnenrad mit der Welle der Abtriebsbaugruppe und das Hohlrad mit dem Hochtriebszahnrad der Antriebsbaugruppe sowie einem Synchronisationsring gekoppelt sind.Particularly advantageous is the use of a planetary gear, wherein the Zwischensynchronisationsring are coupled to the planet carrier, the sun gear with the shaft of the output assembly and the ring gear with the high-speed gear of the drive assembly and a synchronization ring.
Das Planetengetriebe kann als Zahnrad- aber auch als Reibrad-Planetengetriebe ausgeführt sein. Die Reibradausführung hat den Vorteil, dass die Kopplung zwischen Planetenträger und Hohlrad bzw. Sonnenrad einen gewissen Schlupf zulässt.The planetary gear can be designed as a gear but also as a friction planetary gear. The friction wheel design has the advantage that the coupling between planet carrier and ring gear or sun gear allows a certain amount of slippage.
In einer weiteren Ausführung kann der Zwischensynchronisationsring mit einem Lager, bzw. Wälzlager, der Antriebsbaugruppe gekoppelt sein. Das Lager bzw. Wälzlager wirkt bei diesem Aufbau als Antrieb für den Zwischensynchronisationsring. Um eine Drehzahlreduzierung zu erreichen ist es vorteilhaft, wenn die Koppelung mit dem Wälzlagerkäfig des Lagers erfolgt. Der Wälzlagerkäfig wird über die Wälzkörper in Rotation versetzt, wobei die Drehzahl in etwa 50% der differenzdrehzahl zwischen Innen- und Außenring beträgt.In a further embodiment, the intermediate synchronization ring can be coupled to a bearing or roller bearing of the drive assembly. The bearing or rolling bearing acts in this structure as a drive for the intermediate synchronization ring. In order to achieve a speed reduction, it is advantageous if the coupling takes place with the roller bearing cage of the bearing. The rolling bearing cage is rotated by the rolling elements, wherein the speed is approximately 50% of the differential speed between the inner and outer ring.
Zum Ausgleich von Axialbewegungen, die der Zwischensynchronisationsring bei der Synchronisation macht, kann zwischen Zwischensynchronisationsring und Antrieb in allen Ausführungen ein Federelement vorgesehen sein, sodass der Zwischensynchronisationsring axial beweglich ist.To compensate for axial movements, which makes the Zwischensynchronisationsring during synchronization, a spring element may be provided between Zwischensynchronisationsring and drive in all versions, so that the Zwischensynchronisationsring is axially movable.
Weiterhin kann in allen Ausführungen vorgesehen werden, dass zwischen Zwischensynchronisationsring und Antrieb eine Magnetkupplung angeordnet ist. Die Magnetkupplung ist dann vorzugsweise derart ausgelegt, dass diese, beim überschreiten einer vorgegebenen Kraft, den Zwischensynchronisationsring von Antrieb trennt.Furthermore, it can be provided in all versions that a magnetic coupling is arranged between the intermediate synchronization ring and the drive. The magnetic coupling is then preferably designed such that, when exceeding a predetermined force, the intermediate synchronization ring separates from the drive.
Die Reibflächen können beispielsweise einen Belag aus Sintermetall oder Carbon aufweisen. Insbesondere Sintermetalle haben ein geringeres spezifisches Reibmoment, wenn sich die Synchronisiervorrichtung in der Offen-Stellung befindet, wodurch die Verlustleistung spürbar gesenkt wird.The friction surfaces may for example have a coating of sintered metal or carbon. In particular sintered metals have a lower specific friction torque when the synchronizer is in the open position, whereby the power loss is noticeably reduced.
Eine Synchronisiervorrichtung entsprechend der vorangegangenen Beschreibung kann in einer Koppelvorrichtung, insbesondere in einer Koppelvorrichtung für eine hydrodynamische Maschine, eingesetzt werden. Mittels der Synchronisiervorrichtung wird die Drehzahldifferenz synchronisiert, wobei mittels der Koppelvorrichtung bei erfolgter Synchronisation anschließend die drehfeste Koppelung zwischen Antriebseinheit und Abtriebseinheit erfolgt, sodass ein wesentlich größeres Drehmoment übertragen werden kann.A synchronizing device according to the preceding description can be used in a coupling device, in particular in a coupling device for a hydrodynamic machine. By means of the synchronizing device, the speed difference is synchronized, wherein by means of the coupling device with the synchronization then the rotationally fixed coupling between the drive unit and the output unit takes place, so that a much larger torque can be transmitted.
Dabei kann die Koppelvorrichtung und die Synchronisiervorrichtung, in axialer Richtung gesehen, vor dem Hochtriebszahnrad und dem Rotor der hydrodynamischen Maschine angeordnet sein. Denkbar sind aber auch andere Anordnungen, wie z.B. zwischen Hochtriebszahnrad und Rotor, aber auch eine Anordnung hinter dem Rotor bzw. hinter der Rotor-Stator Baugruppe ist denkbar.In this case, the coupling device and the synchronizing device, seen in the axial direction, be arranged in front of the high-speed gear and the rotor of the hydrodynamic machine. Conceivable, however, are other arrangements, such. between high-speed gear and rotor, but also an arrangement behind the rotor or behind the rotor-stator assembly is conceivable.
Weiterhin kann die Koppelvorrichtung auch auf der Achse des Antriebszahnrads angeordnet sein.Furthermore, the coupling device can also be arranged on the axis of the drive gear.
Weitere Merkmale der erfindungsgemäßen Synchronisiervorrichtung bzw. der Koppelvorrichtung und weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.Further features of the synchronizing device according to the invention and the coupling device and further advantages of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments with reference to the drawings.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Skizzen näher erläutert.The invention will be explained in more detail with reference to drawings.
In diesen zeigen:
-
1 eine Skizze einer ersten Ausführung mit Planentengetriebe -
2 eine Skizze einer zweiten Ausführung, Koppelung mit dem Lagerkäfig
-
1 a sketch of a first version with tarpaulin gear -
2 a sketch of a second embodiment, coupling with the bearing cage
In
Der Retarder kann insbesondere als Wasserretarder ausgeführt sein, wobei der durch den Rotor
Die Koppelvorrichtung
Die Abtriebsbaugruppe
In der hier dargestellten Ausführung umfasst die Antriebsbaugruppe
Das Sonnenrad
Die Drehzahl des Planetenträgers kann, bei stehendem Sonnenrad
Zur Synchronisation wird die Schiebemuffe
Solange die Antriebsdrehzahl nicht erreicht ist, verhindert die Sperrverzahnung
Da das Planetengetriebe
Zum Längenausgleich, in axialer Richtung, können Federelement zwischen Zwischensynchronisationsring
In
Der Zwischensynchronisationsring
Des Weiteren ist auch eine magnetische Kopplung von Zwischensynchronisationsring
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