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Die Erfindung betrifft eine Synchronbaugruppe mit einer Nabe, mindestens einem Druckstück und mindestens einem Synchronring. Die Erfindung betrifft insbesondere eine Synchronbaugruppe, die bei einer Synchronisierung des Typs „BorgWarner” verwendet wird.
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Bei einer BorgWarner-Synchronisierung wird auf einer Welle eines Schaltgetriebes, wie es insbesondere in Kraftfahrzeugen verwendet wird, drehfest eine Nabe (auch bezeichnet als Synchronkörper) angebracht. Drehfest auf der Nabe, jedoch in axialer Richtung verschiebbar, ist eine Schiebemuffe angeordnet, die dazu dient, eine drehfeste Verbindung zu Getriebezahnrädern herzustellen, die beiderseits der Nabe drehbar auf der Getriebewelle gelagert sind. Zu diesem Zweck sind die Zahnräder mit einer Schaltverzahnung versehen, auf die ein Randabschnitt der Schiebemuffe aufgeschoben werden kann.
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Bevor die Schiebemuffe in die Schaltverzahnung eingreift, muss die Drehzahl von Nabe und Schiebemuffe einerseits und Getriebezahnrad andererseits synchronisiert werden. Zu diesem Zweck ist der mindestens eine Synchronring vorgesehen, der an der Nabe angeordnet ist und, sobald die Schiebemuffe aus ihrer Mittel- bzw. Neutralstellung herausbewegt wird, mit einer entsprechenden Reibfläche in Eingriff gelangt, die dem Getriebezahnrad zugeordnet ist. Solange eine Relativdrehzahl zwischen Nabe und Getriebezahnrad besteht, wird der Synchronring relativ zur Nabe in Umfangsrichtung in eine Sperrstellung beaufschlagt, in der es der Schiebemuffe nicht möglich ist, in die Schaltverzahnung des Getriebezahnrads einzugreifen. Erst wenn die Drehzahlen vollständig (oder zumindest nahezu vollständig) angeglichen sind und dadurch auf den Synchronring kein (oder nur noch ein geringes) Schleppmoment mehr wirkt, kann der Synchronring relativ zur Nabe so verschoben werden, dass die Schiebemuffe durchgeschaltet werden kann. Diese Funktionsweise ist allgemein bekannt.
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Da die Synchronringe sich funktionsbedingt sowohl in axialer Richtung als auch in Umfangsrichtung relativ zur Nabe verstellen müssen, kann nicht zuverlässig verhindert werden, dass die Synchronringe sich unkontrolliert relativ zur Nabe und zur Schiebemuffe bewegen und dabei zum Schwingen angeregt werden. Diese Schwingungen führen zu inneren Beanspruchungen des Synchronrings selbst und können auch dazu führen, dass der Synchronring an den ihn umgebenden Bauteilen im Getriebe unkontrolliert anstößt und dabei unter Umständen weiter zum Schwingen angeregt wird. Schwingungen können außerdem angeregt werden durch einen unrunden Lauf der Getriebewellen, was verstärkt wird durch den Trend hin zu geringeren Zylinderzahlen der Verbrennungsmotoren, die in Kraftfahrzeugen verwendet werden; ein Dreizylindermotor läuft unrunder als ein Vierzylindermotor.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Synchronbaugruppe dahin gehend weiterzubilden, dass das Entstehen von Schwingungen der Synchronringe reduziert oder ganz verhindert wird, sodass die auf die Synchronringe wirkenden Belastungen, der sich ergebende Verschleiß sowie die Geräuschentwicklung verringert werden.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß eine Synchronbaugruppe vorgesehen mit einer Nabe, mindestens einem Druckstück, das an der Nabe gelagert ist, und mindestens einem Synchronring, der mit einem Reibkörper und einem Sperrflansch versehen ist, wobei der Reibkörper des Synchronrings mit mehreren Zentrierausbauchungen versehen ist, die sich ausgehend vom Sperrflansch erstrecken und mit der Nabe zusammenwirken können. Mit den Zentrierausbauchungen kann der Synchronring innerhalb der Nabe spielfrei oder wenigstens nahezu spielfrei zentriert werden, sodass Schwingungen des Synchronrings relativ zur Nabe verhindert sind. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Synchronbaugruppe besteht darin, dass aufgrund der Zentrierausbauchungen, die unmittelbar am Sperrflansch beginnen, der Synchronring nahe einer Ebene zentriert wird, die den Schwerpunkt des Synchronrings enthält, wodurch die Neigung des Synchronrings zum Rasseln weiter verringert wird.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Nabe mindestens abschnittsweise mit einem axial überkragenden Abschnitt versehen ist, an dessen Innenseite die Zentrierausbauchungen anliegen können. Mit dieser Gestaltung können an der Nabe mit geringem Aufwand Anlageflächen für die Zentrierausbauchungen gebildet werden.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Zentrierausbauchungen durch plastisch verformte Abschnitte des Reibkörpers gebildet sind. Dies ermöglicht, die Zentrierausbauchungen mit geringem Aufwand herzustellen.
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Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Zentrierausbauchungen auf der vom Reibkörper abgewandten Außenseite des Sperrflansches münden. Die Zentrierausbauchungen bilden bei dieser Ausführungsform gleichzeitig Schmiermittelnuten auf der Innenseite des Reibkörpers.
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Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Zentrierausbauchungen kurz vor der vom Sperrflansch abgewandten Stirnseite des Reibkörpers enden. Hierdurch ergibt sich eine hohe Steifigkeit des Synchronrings gegen Belastungen in axialer Richtung.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Außenseite der Zentrierausbauchungen Teil einer Zylinderfläche ist, deren Mittelachse mit der Mittelachse der Nabe zusammenfällt. Anders ausgedrückt ändert sich die Höhe der Zentrierausbauchungen in axialer Richtung, da der Reibkörper leicht konisch ausgeführt ist. Zentrierausbauchungen, deren Außenseite auf einem konstanten Radius liegt, haben den Vorteil, dass eine gleichmäßige Zentrierung auch bei einer axialen Verschiebung des Synchronrings gewährleistet ist.
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Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Sperrflansch mit mehreren Mitnehmern versehen ist, die jeweils in eine zugeordnete Ausnehmung der Nabe eingreifen, und dass die Zentrierausbauchungen paarweise auf der einen und der anderen Seite der Mitnehmer angeordnet sind. Bei dieser Ausgestaltung erfolgt die Zentrierung des Synchronrings nahe des Kontakts zwischen Synchronring und Nabe und somit in unmittelbarer Nähe der Abschnitte des Synchronrings, an dem durch den Kontakt zur Nabe eventuelle Schwingungen eingeleitet werden können.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Reibkörper aus Blech besteht. Dies ermöglicht, die Zentrierausbauchungen mit geringem Aufwand einzuprägen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer bevorzugten Ausführungsform beschrieben, die in den Zeichnungen dargestellt ist. In diesen zeigen:
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1 in einer Schnittansicht eine erfindungsgemäße Synchronbaugruppe mit zwei schematisch dargestellten Getriebezahnrädern;
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2 einen Schnitt entlang der Ebene II-II von 1; und
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3 in einer perspektivischen Ansicht einen bei der Synchronbaugruppe der 1 und 2 verwendeten Synchronring.
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In 1 ist eine Synchronbaugruppe 5 gemäß einer ersten Ausführungsform gezeigt, die dazu dient, zwei hier schematisch gezeigte Getriebezahnräder 7, 9 drehfest mit einer (nicht dargestellten) Getriebewelle zu verbinden. Die Getriebezahnräder 7, 9 sind hier zur Vereinfachung mit identischem Durchmesser gezeigt; in der Praxis haben sie unterschiedliche Durchmesser. Es ist natürlich auch möglich, der Synchronbaugruppe nur einen einzigen Gang und damit ein einziges Getriebezahnrad zuzuordnen.
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Die Synchronbaugruppe 5 enthält eine Nabe 10 (auch bezeichnet als Synchronkörper), der mittels einer Nabenverzahnung 12 drehfest auf der Getriebewelle angeordnet ist. Die Getriebewelle erstreckt sich entlang einer Mittelachse M, die gleichzeitig auch die Mittel- und Rotationsachse für die Getriebezahnräder 7, 9 sowie die Synchronbaugruppe 5 ist.
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Die Getriebezahnräder 7, 9 sind als Losräder auf der Getriebewelle angeordnet. Wenn einer der Gänge benutzt werden soll, dem das entsprechende Getriebezahnrad 7, 9 zugeordnet ist, muss dieses drehfest mit der Getriebewelle verbunden werden. Dies erfolgt hier mittels einer BorgWarner-Synchronisierung, die an sich bekannt ist und nachfolgend nur in ihren Grundzügen erläutert wird.
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Die Nabe 10 ist entlang ihrem Außenumfang mit einer Schiebemuffenverzahnung 14 versehen, auf der eine Schiebemuffe 16 drehfest, aber in axialer Richtung verschiebbar angeordnet ist. Hierfür ist am Innenumfang der Schiebemuffe 16 eine Innenverzahnung 17 vorgesehen. Mit der Schiebemuffe 16 kann eine (nicht dargestellte) Schaltgabel zusammenwirken, um die Gänge zu schalten.
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Jedes der Getriebezahnräder 7, 9 ist mit einer Schaltverzahnung 18 versehen, auf die die Schiebemuffe 16 mit ihrer Innenverzahnung 17 aufgeschoben werden kann, indem sie aus ihrer in den Figuren gezeigten Mittel- bzw. Neutralstellung in axialer Richtung entsprechend weit verschoben wird. Hierdurch ist eine drehfeste Verbindung von der Getriebewelle über die Nabe 10 und die Schiebemuffe 16 zum entsprechenden Getriebezahnrad 7 bzw. 9 hergestellt, so dass der entsprechende Gang zur Drehmomentübertragung verwendet werden kann.
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Die drehfeste Verbindung zwischen der Schiebemuffe 16 und der entsprechenden Schaltverzahnung 18 kann im Hinblick auf Verschleiß und Komfort nur dann sinnvoll hergestellt werden, wenn die Drehzahlen der Schiebemuffe 16 und des entsprechenden Getriebezahnrads 7 bzw. 9 identisch oder zumindest annähernd identisch sind. Um dies zu gewährleisten, werden die Drehzahlen der Bauteile zu Beginn des Schaltvorgangs synchronisiert.
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Hierfür ist für jedes Getriebezahnrad mindestens ein Synchronring 20 vorgesehen, dessen Hauptaufgabe darin besteht, mit einer dem entsprechenden Getriebezahnrad 7 bzw. 9 zugeordneten Reibfläche in Reibeingriff zu gelangen, sobald die Schiebemuffe 16 aus ihrer Mittelstellung heraus hin zu einem Getriebezahnrad 7 bzw. 9 bewegt wird. Der entsprechende Synchronring 20 hat weiterhin die Funktion, ein Durchschalten der Schiebemuffe, also einen Eingriff in die Schaltverzahnung 18, so lange zu verhindern, wie die Drehzahlen von Nabe 10 und damit Schiebemuffe 16 einerseits und dem entsprechenden Getriebezahnrad 7 bzw. 9 andererseits noch nicht ausreichend aneinander angeglichen sind. Zu diesem Zweck weist jeder Synchronring 20 eine Sperrverzahnung 22 auf, deren Verzahnungsmodul dem der Schiebemuffenverzahnung 14 sowie der Innenverzahnung 17 der Schiebemuffe 16 entspricht.
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Die Sperrverzahnung ist am Außenumfang eines Sperrflansches 24 vorgesehen, der sich in einer Ebene erstreckt, die senkrecht zur Mittelachse M ist. Ausgehend vom Innenrand des Sperrflansches 24 erstreckt sich ein Reibkörper 26, der die Form eines leicht kegeligen Ringes hat. Die Innenseite des Reibkörpers 26 kann mit einer Reibfläche 27 in Eingriff gebracht werden, die den Getriebezahnrädern 7, 9 zugeordnet ist.
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Jeder Synchronring 20 ist an der Nabe 10 so angebracht, dass er in Umfangsrichtung begrenzt verdrehbar ist. Hierfür sind Mitnehmer 28 vorgesehen, die sich ausgehend vom Außenrand des Sperrflansches 24 etwa parallel zum Reibkörper 26 erstrecken. Die Mitnehmer 28 liegen mit Spiel innerhalb von Ausnehmungen 32, die in der Nabe 10 vorgesehen sind und die später erläutert werden.
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Der mögliche Drehwinkel des Synchronringes 20 relativ zur Nabe ist dabei so eingestellt, dass die Zähne der Sperrverzahnung 22 des Synchronrings 20, wenn er sich in der maximal verdrehten Position befindet, den Zähnen der Innenverzahnung der Schiebemuffe 16 gegenüberliegt. Erst wenn die Drehzahlen von Schiebemuffe 16 und entsprechendem Getriebezahnrad 7, 9 mindestens nahezu angeglichen wird und dadurch kein oder mindestens nahezu kein Schleppmoment mehr auf den Synchronring 20 wirkt, kann dieser durch Zusammenwirken von geeigneten Fasen an der Schiebemuffe 16 und an der Sperrverzahnung 22 in Umfangsrichtung zurück in eine Position gedreht werden, in der die Schiebemuffe 16 in axialer Richtung verstellt werden kann, bis sie in die Schaltverzahnung 18 des entsprechenden Getriebezahnrads bzw. 9 eingreift.
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Um die Schiebemuffe 16 in ihrer Mittelstellung zu zentrieren und auch um zu Beginn des Schaltvorgangs den entsprechenden Synchronring 20 mit der ihm zugeordneten Reibfläche in Eingriff zu bringen, sind an der Nabe mehrere Druckstücke 30 vorgesehen, die in den oben angesprochenen Ausnehmungen 32 der Nabe 10 eingesetzt sind. Üblich sind drei Druckstücke, die gleichmäßig um den Umfang der Nabe 10 herum verteilt sind. Dementsprechend sind drei Ausnehmungen 32 und auch drei Mitnehmer 28 vorgesehen.
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Jedes Druckstück 30 weist ein Rastelement 34 in der Form einer gehärteten Kugel auf, die von einer Feder 36 aus dem Druckstück 30 heraus und gegen eine Rastfläche 38 auf der Innenseite der Schiebemuffe 16 beaufschlagt wird. Die Rastfläche 38 ist als in radialer Richtung sich nach außen vertiefende Aussparung ausgeführt, in die das Rastelement 34 eingreift, wenn sich die Schiebemuffe 16 in ihrer Mittelstellung befindet. Um die Schiebemuffe 16 in axialer Richtung zu verschieben, muss also das Rastelement 34 in radialer Richtung nach innen entgegen der Wirkung der Feder 36 verstellt werden.
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Der bis hier beschriebene Aufbau einer BorgWarner-Synchronisierung ist allgemein bekannt. Ebenso bekannt ist, dass der konkret in den Figuren gezeigte Aufbau im Hinblick auf verschiedene Randbedingungen modifiziert werden kann. Dennoch ist die Grundfunktion der BorgWarner-Synchronisierung immer dieselbe.
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Nachfolgend wird beschrieben, wie die Synchronbaugruppe ausgestaltet ist, um Schwingungen der Synchronringe 20 zu verringern oder ganz zu vermeiden.
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Die wesentliche Modifikation besteht darin, dass der Reibkörper 26 mit mehreren Zentrierausbauchungen 40 versehen ist, die die Form von lokalen Erhöhungen oder Vorsprüngen auf der Außenseite des Reibkörpers 26 haben (siehe insbesondere 3). Dabei schließt sich auf der Außenseite des Reibkörpers 26 jede Zentrierausbauchung 40 unmittelbar an den Sperrflansch 24 an, geht also in diesen über. Auf der vom Sperrflansch 24 abgewandten Stirnseite des Reibkörpers 26 endet jede Zentrierausbauchung 40 in einem geringfügigen Abstand von der Stirnseite, sodass diese unbeeinflusst von den Zentrierausbauchungen unverändert die Form eines Kreisrings hat.
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Jede Zentrierausbauchung 40 ist dadurch gebildet, dass der Reibkörper 26 lokal plastisch verformt ist. Konkret wird der Reibkörper 26 von innen nach außen geprägt, sodass die Zentrierausbauchungen 40 gebildet werden.
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Der Reibkörper 26 besteht insgesamt aus Blech, sodass die Zentrierausbauchungen 40 durch lokale Prägungen des Reibkörpers 26 gebildet sind.
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Wie in 3 zu sehen ist, stellen sich die Zentrierausbauchungen 40 auf der Innenseite des Reibkörpers 26 als Vertiefungen bzw. Unterbrechungen der dort gebildeten Reibfläche dar. Dabei münden die Zentrierausbauchungen 40 auf der Außenseite des Sperrflansches 24. Anders ausgedrückt sind in einer axialen Ansicht des Sperrflansches 24 kleine Ausnehmungen am Innenrand des Sperrflansches 24 dort zu sehen, wo die Zentrierausbauchungen 40 beginnen.
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Die konische Innenfläche des Synchronrings kann mit einem Reibbelag versehen sein. Dieser ist konkret auf der Innenseite des Reibkörpers 26 vorgesehen und kann dann auch die Vertiefungen überdecken und/oder ausfüllen, die aufgrund der Zentrierausbauchungen 40 dort vorhanden sind.
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Die Zentrierausbauchungen 40 sind nach Art von Taschen im Reibkörper 26 ausgeführt, wobei die Außenseite und die Innenseite der Zentrierausbauchungen 40 einen konstanten Radius haben, also Teil eines Zylinders sind, dessen Mittelachse mit der Mittelachse M der Synchronbaugruppe 5 zusammenfällt. Da der Reibkörper 26 geringfügig konisch ausgeführt ist, ändert sich der „Überstand” der Zentrierausbauchungen 40 über die Außenfläche des Reibkörpers 26 bzw. die „Tiefe” der Zentrierausbauchungen 40 auf der Innenseite des Reibkörpers 26.
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Wie in 3 zu sehen ist, sind jeweils zwei Zentrierausbauchungen 40 auf der einen und der anderen Seite eines Mitnehmers 28 angeordnet. Dadurch liegen die Zentrierausbauchungen 40 mit ihrer Außenfläche an der Innenseite eines auskragenden Abschnitts 50 der Nabe (siehe 1) an, und zwar unmittelbar auf der einen und der anderen Seite der Ausnehmung 32, in der das entsprechende Druckstück 30 und der Mitnehmer 28 angeordnet sind (siehe 2). Die Innenseite des überkragenden Abschnitts 50 der Nabe 10 bildet dort eine Anlagefläche 52 für die Zentrierausbauchungen 40.
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Durch die gleichmäßige Abstützung des Synchronrings mittels der Zentrierausbauchungen 40 auf der Innenseite des überkragenden Abschnitts 50 der Nabe 10 ist der Synchronring gleichmäßig zentriert und abgestützt, sodass die Gefahr des Rasselns und Vibrierens verringert ist. Da sich außerdem die Zentrierausbauchungen 40 ausgehend vom Sperrflansch 24 erstrecken, wird der Synchronring in einem Bereich abgestützt, der im Wesentlichen der Ebene entspricht, in der sich auch der Schwerpunkt des Synchronrings befindet. Dadurch wird vermieden, dass auf den Synchronring ein Kippmoment ausgeübt wird, wenn dieser sich innerhalb der Nabe abstützt.
