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Die Erfindung betrifft eine Synchronisiereinrichtung für ein Schaltgetriebe und ein Verfahren zum Schalten eines Gangrades mit mindestens einem Synchronring, welcher zwischen einer Schaltmuffe und dem Gangrad angeordnet ist.
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Synchronisiereinrichtungen in Schaltgetrieben von Fahrzeugen dienen zum Anpassen unterschiedlicher Drehzahlen einer Getriebeeingangswelle und einer Getriebeausgangswelle beim Schalten. Beim Stand der Technik ist in einer Synchronisiereinrichtung ein äußerer Synchronring formschlüssig mit einem Synchronträgerkörper verbunden und greift beispielsweise über Mitnehmernasen, die an seiner im Durchmesser kleineren Seite ausgebildet sind, in Aussparungen eines inneren Synchronringes. Synchronringe sind in der Regel konisch ausgebildete Reibringe mit Reibflächen an ihren Innenmantelflächen und / oder ihren Außenmantelflächen. Während des Synchronisiervorganges stehen die Reibflächen der Synchronringe miteinander reibschlüssig in Verbindung. Derartige Synchronisiereinrichtungen bestehen aus vielen Einzelteilen und weisen aufgrund von Kontaktnahme zwischen den Teilen erhebliche Schleppmomente auf, insbesondere wenn die sich berührenden Teile unterschiedliche Drehzahlen aufweisen.
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Durch die
DE 10 2008 061 969 A1 ist eine Synchronisiereinrichtung, bestehend aus einem äußeren Synchronring, einem Gegenkonus und einem zwischen diesen angeordneten Reibring bekannt. Im ungeschalteten Zustand eines Gangrades des Schaltgetriebes ist der Reibring frei drehbar gelagert, während der Außensynchronring mittels Mitnehmern mit dem Synchronträgerkörper und der innere Synchronring mittels Mitnehmern mit einem am Gangrad befestigten Gegenkonus formschlüssig verbunden ist. Eine Verringerung von auf den Reibring wirkenden Schleppmomenten soll durch eine spezielle Ausbildung des Reibringes mit auf der Reibfläche vorgesehenen Überhöhungen erreicht werden.
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Durch die
DE 10 2008 061 965 A1 ist ebenfalls eine Synchronisiereinrichtung, bestehend aus einem Synchronträgerkörper, welcher über Mitnehmer formschlüssig mit einem äußeren Synchronring verbunden ist und einem mit dem äußeren Synchronring über einen Reibring verbundenen inneren Synchronring welcher formschlüssig mit einem Gangrad verbunden ist, bekannt. Der zwischen den Synchronringen angeordnete Reibring ist hierbei frei drehbar angeordnet.
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Eine Verringerung von Schleppmomenten soll durch eine definierte Lage des Reibringes gegenüber dem Innen- und Außensynchronring erreicht werden, indem diese Anschläge in Form von Rampenkonturen zur axialen Lagesicherung des Reibringes aufweisen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Synchronisiereinrichtung für ein Schaltgetriebe und ein Verfahren zum Schalten eines Gangrades zu schaffen, welche mindestens einen Synchronträgerkörper, eine Schaltmuffe und ein Gangrad aufweist und zwischen Schiebemuffe und Gangrad Synchronringe aufweist, deren Schleppmoment im ungeschalteten Zustand minimal ist.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 8 gelöst.
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Es ist ein besonderer Vorteil der Erfindung, dass der Außensynchronring, der beim Stand der Technik über Mitnehmer mit einem Synchronträgerkörper der Synchronisiereinrichtung formschlüssig verbunden ist, erfindungsgemäß im ungeschalteten Zustand des Gangrades frei drehbar angeordnet ist.
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Durch diese Maßnahme gleicht sich die Drehzahl des äußeren Synchronringes der Drehzahl des Gangrades bzw. des Konuskörpers an, wodurch Schleppmomente zwischen den Synchronringen, insbesondere zwischen Synchronträgerkörper bzw. Schiebemuffe und dem Gangrad vermindert oder sogar fast vollständig vermieden werden.
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Beim Stand der Technik, bei welchem der Außensynchronring über Mitnehmer mit dem Synchronträgerkörper verbunden ist, entsteht beim Schaltvorgang zwischen den Dachverzahnungen des Außensynchronringes und der Schiebemuffe ein Entsperrmoment, welches kleiner ist, als ein Reibmoment zwischen den Reibflächen des Außensynchronringes und des Kupplungskörpers. Ein daraus resultierendes Differenzmoment wird an der Indexierung abgestützt. Beim Gegenstand der Erfindung mit einem frei drehbar angeordneten Außensynchronring ist es dagegen vorgesehen, dass die Abstützung des Differenzmomentes durch die Fangverzahnungen des Außensynchronringes und der Schiebemuffe erfolgt.
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Besonders vorteilhaft ist insbesondere auch eine Geräuschreduzierung, welche konstruktiv dadurch erreicht wird, dass der Außensynchronring nur noch axial gerichtete Anschlagflächen zur Schiebemuffe aufweist, wobei die Mitnehmer im Stand der Technik auch radiale Kontaktstellen zwischen Außenring und Schiebemuffe aufweisen.
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Beim Schaltvorgang, nämlich dem Kuppeln des Gangrades an den Synchronträgerkörper bzw. die Schiebemuffe, muss der Außensynchronring zunächst auf die Drehzahlgeschwindigkeit der Schiebemuffe gebracht werden. Zu diesem Zweck weist die Schiebemuffe in vorteilhafter Weise ausgebildete Fang- und Sperrzähne auf, welche bei einer axialen Schaltbewegung der Schiebemuffe mit Fangzähnen des Außensynchronringes in Kontakt gelangen und diesen auf die Drehzahl der Schiebemuffe beschleunigen oder abbremsen, bevor dieser durch die Schiebemuffe axial so weit verschoben wird, bis der äußere und innere Synchronring durch Kontakt ihrer Reibfläche die gleiche Drehzahl aufweisen und somit ein Durchschalten der Schiebemuffe möglich ist.
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Bei einer vorteilhaften Variante ist es vorgesehen, dass die Schiebemuffe zusätzlich zu den Sperrzähnen separat angeordnete Fangzähne aufweist, welche mit den Fangzähnen des äußeren Synchronringes in Kontakt bringbar angeordnet sind.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Fangzähne des Außensynchronringes und die Fangzähne der Schiebemuffe auf einem größeren Durchmesser angeordnet, als die Zähne der Sperrverzahnungen. Durch diese Maßnahme wird das Fangen des Außensynchronringes, das Synchronisieren und das Einspuren der Sperrverzahnungen verbessert.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden beschrieben.
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Es zeigen
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1 eine Synchronisiereinrichtung eines Schaltgetriebes im Schnitt in schematischer Darstellung.
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1a die Synchronisiereinrichtung mit Fangzähnen, die auf einem größeren Durchmesser angeordnet sind, als die Zähne der Sperrverzahnung.
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2 eine Draufsicht auf die Verzahnung von Schiebemuffe und Außensynchronring als Abwicklung in der Zeichenebene.
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3 eine Draufsicht auf ein zweites Ausführungsbeispiel mit der Verzahnung von Schiebemuffe und Außensynchronring als Abwicklung in der Zeichenebene.
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Eine Synchronisiereinrichtung 1 eines durch ein Gangrad 2 dargestelltes Schaltgetriebes weist einen Synchronträgerkörper 3 auf, welcher eine Getriebewelle 4 formschlüssig umschließt. Das Gangrad 2 ist über ein Lager 6 drehbar auf der Getriebewelle 4 angeordnet. Das Gangrad 2 weist einen Kupplungskörper 7 auf, welcher fest mit dem Gangrad 2 verbunden ist. Der Synchronträgerkörper 3 weist an seinem Außenumfang einer Außenverzahnung 8 zur drehfesten Aufnahme einer Innenverzahnung 9 einer Schiebemuffe 11 auf, welche gegenüber dem Synchronträgerkörper 3 in axialer Richtung verschiebbar angeordnet ist. In einem Zwischenraum zwischen dem Synchronträgerkörper 3 bzw. der Schiebemuffe 11 und dem Kupplungskörper 7 ist ein Außensynchronring 14 frei drehbar angeordnet. Der Kupplungskörper 7 und der Außensynchronring 14 weisen jeweils zusammenwirkende Reibflächen 16 auf, die beim Schaltvorgang miteinander in Kontakt gebracht werden.
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Der Außensynchronring 14 weist gemäß 1 auf dem Durchmesser d seiner Sperrverzahnung 17 (Teilkreisdurchmesser) stirnseitig zur Schiebemuffe 11 gerichtete Fangzähne 18 auf, die bei einem Schaltvorgang mit Fangzähnen 22 der Schiebemuffe 11 korrespondieren.
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Die Fangzähne 18, 22 sind bei einem Ausführungsbeispiel gemäß 1a auf einem größeren Durchmesser D angeordnet, der größer ist, als der Durchmesser d der Sperrverzahnungen 9, 17
(D > d).
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Die Sperrverzahnung 17 des Außensynchronringes 14 ist hierbei mit einer stirnseitig Schrägen 19 aufweisenden Dachverzahnung versehen, die in die Fangzähne 18 mündet. Beim Ausführungsbeispiel gemäß 2 ist die Innenverzahnung 19 der Schiebemuffe 11 stirnseitig den Fangzähnen 18 des Außensynchronringes 14 gegenüberliegend mit Schrägen 21 (Dachverzahnung) ausgebildet, die in Fangzähne 22 übergehen.
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Bei einem Ausführungsbeispiel gemäß 3 ist es vorgesehen, dass die Sperrverzahnung 17 des Außensynchronringes 14 stirnseitig Schrägen 23, entsprechend einer Dachverzahnung aufweist. Hierbei wechselt sich die Dachverzahnung 23 am Umfang des Außensynchronringes 14 verteilt mit einer Verzahnung ab, welche stirnseitig als Fangzähne 24 ausgebildet ist. Die Fangzähne 24 stehen hierbei stirnseitig mit einem Abstand a vor der Dachverzahnung 23, so dass die Fangzähne 24 beim Schaltvorgang vor der Dachverzahnung 23 des Außensynchronringes 14 in Kontakt mit Fangzähnen 26 der Schiebemuffe 14 gelangen, die um einen Abstand b stirnseitig vor einer Dachverzahnung 27 der Schiebemuffe 11 angeordnet sind. Die Fangzähne 24, 26 weisen vorzugsweise stirnseitig jeweils eine Reibfläche 29, 31 auf, welche beim Schaltvorgang als erstes in Kontakt gelangen, wodurch der Außensynchronring 14 gedreht wird, so dass die Verzahnung 17 der Schiebemuffe 14 nach einer Freiflugphase in den Außensynchronring 14 und darauf folgend in eine Verzahnung 28 des Gangrades 2 einspuren kann.
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Zur Synchronisation ist eine Axialverschiebung der Schiebemuffe 11 von der in 1 dargestellten Neutral- oder Leerlaufposition in Richtung des Kupplungskörpers 7 erforderlich. Diese Axialbewegung löst zunächst eine Vorsynchronisation aus, bei der eine Axialkraft auf den Außensynchronring 14 ausgeübt wird, die sich fortpflanzt über die Reibflächen 16 auf den Kupplungskörper 7, wodurch sich ein Reibmoment aufbaut. In dieser Phase bewirkt das Reibmoment eine Drehzahlanpassung zwischen dem Außensynchronring 14 und der Schiebemuffe 11 so dass eine Erhöhung der Axialkraft zum Verschieben der Schiebemuffe erforderlich ist, damit die Sperrverzahnung 17 des Außensynchronringes 14 formflüssig in die Innenverzahnung 9 der Schiebemuffe 11 verrastet. Mit dem Anstieg der axialen Verschiebekraft und dem damit verbundenen vollwirksamen Reibmoment erfolgt eine Angleichung der Drehzahlen zwischen der Schiebemuffe 11 und dem Außensynchronring 14 und somit zwischen dem Synchronträgerkörper 3 und dem Kupplungskörper 7. Nach der ersten erfolgten Drehzahlanpassung ist ebenfalls der Kupplungskörper 7 und somit das Gangrad 2 synchronisiert, insbesondere aufgrund der Reibflächen 16, die einen Reibschluss zwischen dem Außensynchronring 14 und dem Kupplungskörper 7 herstellen. Ist die Drehzahlsynchronisation zwischen dem Synchronträgerkörper 3 und dem Kupplungskörper 7 mit dem Gangrad 2 erreicht, ist ein Durchschalten der Schiebemuffe 11 bis zu einer Überdeckung der Kupplungskörperverzahnung 28 möglich.
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Beim Stand der Technik, bei welchem der Außensynchronring über Mitnehmer mit dem Synchronträgerkörper verbunden ist, entsteht beim Schaltvorgang der Schiebemuffe ein Entsperrmoment MSP zwischen den Dachverzahnungen von Außensynchronring und Schiebemuffe, welches kleiner ist, als ein Reibmoment MK zwischen den Reibflächen von Außensynchronring und Kupplungskörper. Ein daraus resultierendes Differenzmoment MI wird an der Indexierung abgestützt (MSP + MI = MK).
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Beim Gegenstand der Erfindung mit einem frei drehbar angeordneten Außensynchronring 14 ist es dagegen vorgesehen, dass die Abstützung des Differenzmomentes MI durch die Fangverzahnungen 19, 21; 24, 26 des Außensynchronringes 14 und der Schiebemuffe 11 erfolgt. Die Erfindung wurde anhand eines Ein-Konus-Systems beschrieben, selbstverständlich ist diese aber auch bei Mehr-Konus-Systemen einsetzbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Synchronisiereinrichtung
- 2
- Gangrad
- 3
- Synchronkörper
- 4
- Getriebewelle
- 5
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- 6
- Lager
- 7
- Kupplungskörper/Innensynchronring
- 8
- Außenverzahnung (3)
- 9
- Innenverzahnung (11)
- 10
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- 11
- Schiebemuffe
- 12
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- 13
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- 14
- Außensynchronring
- 15
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- 16
- Reibflächen
- 17
- Sperrverzahnung (14)
- 18
- Fangzähne (14)
- 19
- Schrägen (Dachverzahnung)
- 20
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- 21
- Schrägen (Dachverzahnung)
- 22
- Fangzähne (11)
- 23
- Dachverzahnung (17)
- 24
- Fangzähne (14)
- 25
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- 26
- Fangzähne (11)
- 27
- Dachverzahnung (11)
- 28
- Verzahnung (7)
- 29
- Reibfläche (24)
- 30
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- 31
- Reibfläche (26)
- a
- Abstand (23–24)
- b
- Abstand (26–27)
- D
- Durchmesser
- d
- Durchmesser
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008061969 A1 [0003]
- DE 102008061965 A1 [0004]
