DE102016013025B4

DE102016013025B4 - Rastkegelring und Zwischenkegelring für eine Synchronisierungsanordnung, Synchronisierungsanordnung, Getriebe und Fahrzeug

Info

Publication number: DE102016013025B4
Application number: DE102016013025.3A
Authority: DE
Inventors: Daniel Häggström
Original assignee: Scania CV AB
Current assignee: Scania CV AB
Priority date: 2015-11-19
Filing date: 2016-11-02
Publication date: 2020-09-03
Anticipated expiration: 2036-11-03
Also published as: SE1551495A1; DE102016013025A1; SE540538C2

Abstract

Rastkegelring (14) für eine Synchronisierungsanordnung (12), umfassendeine kreisförmige Reibungsfläche (28) mit einer mittleren Achse, undmindestens einen Rastzahn (36), der an einer Peripherie (39) des Rastkegelrings (14) angeordnet ist,dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Antriebsmittel (96) auf dem Rastkegelring (14) angeordnet ist, unddass mindestens ein Eingriffsmittel (104, 106) auf dem mindestens einen Antriebsmittel (96) angeordnet ist, wobei das mindestens eine Eingriffsmittel (104, 106) dazu ausgebildet ist, mit einem Kegelring zu interagieren und zu verhindern, dass sich der Kegelring in einer axialen Richtung bewegt.

Description

HINTERGRUND UND STAND DER TECHNIK
Die Erfindung betrifft einen Rastkegelring für eine Synchronisierungsanordnung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Die Erfindung betrifft einen Zwischenkegelring für eine Synchronisierungsanordnung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 13. Die Erfindung betrifft auch eine Synchronisierungsanordnung, die einen derartigen Rastkegelring und Zwischenkegelring umfasst, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 18. Die Erfindung betrifft auch ein Getriebe, das eine derartige Synchronisierungsanordnung umfasst, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 20. Die Erfindung betrifft auch ein Fahrzeug, das ein derartiges Getriebe umfasst, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 21.
Wenn in einem Getriebe die Gänge geschaltet werden, werden Zahnräder in Eingriff gebracht und anhand von axial verlagerbaren Buchsen auf Wellen arretiert. Die Buchse, das Zahnrad und die Welle können jedoch unterschiedliche Drehzahlen aufweisen, wenn ein Gang geschaltet werden soll und das Zahnrad anhand der Buchse auf der Welle arretiert werden soll. Daher wird eine Synchronisierungsanordnung verwendet, um die Drehzahl zwischen der Buchse, dem Zahnrad und der Welle zu synchronisieren, bevor das Zahnrad auf der Welle arretiert wird. Die Synchronisierungsanordnung umfasst einen Rastkegelring und einen Innenkegelring, der auf der Seite des Zahnrads angeordnet ist. Das Getriebe kann ein verzweigtes Getriebe, ein Hauptgetriebe und ein Stufengetriebe umfassen, die alle eine oder mehrere Synchronisierungsanordnungen benötigen, um eine synchrone Gangschaltung durchzuführen.
Um in dem Getriebe eine gute Synchronisierung zu erzielen, müssen die Oberflächen der peripheren Rastzähne auf dem Rastkegelring, die der Buchse zugewandt sind und ausgelegt sind, um während der Synchronisierung in die internen Zähne in der Buchse einzugreifen, mit Bezug auf die Drehachse des Rastkegelrings angewinkelt sein, wobei der Winkel gegenüber dem Bremsmoment, das der Rastkegelring auf die Buchse überträgt, ausgeglichen ist, um eine synchrone Drehzahl zu erreichen. Dies bedeutet, dass der Winkel derart ausgelegt sein muss, dass die Rastzähne auf dem Rastkegelring in diesen Teil der internen Zähne in der Buchse, die sich in dem Winkel befinden, eingreifen und ausreichend auf die Buchse einwirken, um eine synchrone Drehzahl zu erreichen, und sich dann von dem Teil der internen Zähne in der Buchse in diesem Winkel lösen, wenn die Buchse in den Innenkegelring eingreifen soll, wenn die synchrone Drehzahl erzielt wurde. In der Eingriffsposition zwischen der Buchse und dem Innenkegelring greifen die internen Zähne in der Buchse in die peripheren Kopplungszähnen des Innenkegelrings ein. Der Innenkegelring ist an dem Zahnrad angebracht. Um sicherzustellen, dass eine synchrone Drehzahl erreicht wird, bevor die Buchse axial an dem Rastkegelring vorbeigeht, muss sich der Rastkegelring rechtzeitig von den internen Zähnen lösen. Dies wird durch einen Drehmomentausgleich erreicht, wobei das Reibungsmoment, das auch als Synchronisierungsdrehmoment definiert wird, dazu neigt, die Überlappung zwischen den Rastkegelzähnen und den Innenkegelzähnen zu vergrößern, während das Drehmoment, das sich aus dem Kontakt zwischen den Zähnen ergibt, dazu neigt, die Überlappung zwischen den Zähnen zu reduzieren. Wenn sich die peripheren Rastzähne auf dem Rastkegelring von den internen Zähnen in der Buchse gelöst haben, wenn eine synchrone Drehzahl zwischen der Buchse und dem Innenkegelring erzielt wurde, wird die Buchse axial derart verlagert, dass der Rastkegelring nach innen in die Buchse bewegt wird und in einer axialen Position mit Bezug auf die Buchse anhält, wobei die axiale Position durch die Position bestimmt wird, in der die Buchse auf den Innenkegelring auf dem Zahnrad trifft und darin eingreift.
Eine gewisse Anzahl von federbelasteten Kugeln ist in der Buchse angeordnet, die dazu dienen sicherzustellen, dass eine Vorsynchronisierung stattfindet. Die federbelasteten Kugeln wirken auf eine gewisse Anzahl von Widerlagermitteln ein, die auf dem Rastkegelring angeordnet sind, um sicherzustellen, dass sich die Rastzähne des Rastkegelrings mit Bezug auf die internen Zähne der Buchse während der Vorsynchronisierung in der richtigen axialen Position befinden. Während der Vorsynchronisierung muss das Öl, das zwischen den Kegelflächen vorhanden ist, ausgetragen werden, so dass ein ausreichend hohes Reibungsmoment entsteht, welches das Einlegen eines Ganges während einer asynchronen Drehzahl effektiv blockiert. Die federbelasteten Kugeln verhindern das Einlegen eines Ganges, bevor der Rastkegel das Einlegen eines Ganges blockieren kann. Wenn die Vorsynchronisierung beendet ist und die Synchronisierung oder Hauptsynchronisierung beginnen soll, werden die federbelasteten Kugeln radial nach außen gedrückt, so dass sich die Buchse mit Bezug auf den Rastkegelring axial bewegen kann.
Während der Vorsynchronisierung und dem folgenden Synchronisierungsprozess wird die axiale Position des Rastkegelrings definiert, weil die Axialkraft von der Buchse auf den Rastkegelring einwirkt. Nach dem Synchronisierungsprozess und dem Gangschaltvorgang wird die Buchse mit dem Innenkegelring und auch dem Zahnrad gekoppelt. In dieser Position drehen sich die Buchse, der Rastkegelring, der Innenkegelring und das Zahnrad zusammen mit der Welle als eine Einheit. Nach einem Gangschaltvorgang, wenn das Zahnrad von der Welle gelöst ist, wird die Buchse jedoch in eine Anfangsposition zurückgebracht, in der keine Axialkraft auf den Rastkegelring einwirkt. Dadurch wird die axiale Position des Rastkegelrings nicht definiert, wenn keine Axialkraft auf den Rastkegelring einwirkt und sich die Buchse in ihrer Anfangsposition befindet. Da auch ein Abstand zwischen dem Innenkegelring und der Buchse besteht, wobei dieser Abstand größer als die axiale Erstreckung des Rastkegelrings ist, wenn sich die Buchse in der Anfangsposition befindet, kann sich der Rastkegelring in dem Raum zwischen der Buchse und dem Innenkegelring axial bewegen. Somit kann der Rastkegelring mit dem Innenkegelring in Kontakt kommen. Da sich der Rastkegelring dreht, wenn sich die Buchse und die Welle drehen, und sich der Innenkegelring, der mit dem Zahnrad verbunden ist, mit einer anderen Drehzahl dreht, entsteht eine relative Bewegung zwischen dem Rastkegelring und dem Innenkegelring. Dieser Kontakt und die relative Bewegung führen zu Verlusten in dem Getriebe, die den Kraftstoffverbrauch in dem Fahrzeug steigern können. Auch kann die relative Bewegung zwischen dem Rastkegelring und dem Innenkegelring zum Verschleiß der Reibungsflächen des Rastkegelrings und des Innenkegelrings führen. Auch kann die undefinierte Position des Rastkegelrings zu Geräuschen auf Grund von Schwingungen in dem Rastkegelring und auf Grund des Kontakts zwischen dem Rastkegelring und dem Innenkegelring führen.
Die Synchronisierungsanordnung kann mit mehr als zwei Kegelringen versehen sein. Eine derartige Synchronisierungsanordnung kann ein großes Drehmoment generieren. Zusätzlich zu dem Rastkegelring und dem Innenkegelring kann die Synchronisierungsanordnung mit einer gewissen Anzahl von Zwischenkegelringen, die einen im Wesentlichen kreisförmigen Körper aufweisen, versehen sein und ist mit im Wesentlichen kreisförmigen Reibungsflächen versehen, die eine Kegelstumpfform aufweisen. Die Kegelringe können paarweise miteinander verbunden sein, so dass, wenn eine Axialkraft von der Buchse auf den Rastkegelring einwirkt, die Reibungsflächen auf dem Rastkegelring und einem der Zwischenkegelringe in die Reibungsflächen auf dem Innenkegelring und dem anderen Zwischenkegelring eingreifen. Nach einem Gangschaltvorgang, wenn das Zahnrad von der Welle gelöst ist, wird die Buchse jedoch in eine Anfangsposition zurückgebracht, in der keine Axialkraft auf den Rastkegelring einwirkt. Dadurch werden die axiale Position des Rastkegelrings und auch die axiale Position der Zwischenkegelringe nicht definiert, wenn keine Axialkraft auf den Rastkegelring einwirkt und die Buchse sich in ihrer Anfangsposition befindet. Somit kann dies zu Verlusten in dem Getriebe, einem Anstieg des Kraftstoffverbrauchs in dem Fahrzeug, Verschleiß der Reibungsflächen der Kegelringe und Geräuschen auf Grund von Schwingungen in den Kegelringen und auf Grund des Kontakts zwischen den Kegelringen, führen, wie es zuvor beschrieben wurde.
Die Druckschrift US 5 105 927 A offenbart ein Synchronisierungsmittel für ein Getriebe, das mit einer ringförmigen Feder anstelle von federbelasteten Kugeln versehen ist.
Die Druckschrift EP 2 677 189 A1 offenbart ein Getriebe für Fahrzeuge, das ein Planetengetriebe umfasst, wobei ein axial verlagerbares internes Hohlrad einen Teil eines Synchronisierungsmittels bildet. Rastringe sind in internen Nuten in dem internen Hohlrad angeordnet. Das Getriebe umfasst auch Synchronringe, die mit umfangsmäßigen externen Nuten versehen sind, die für die Rastringe gedacht sind. Die Rastringe sind jedoch dazu gedacht, in den externen Nuten der Synchronringe angeordnet zu werden, wenn sich das Synchronisierungsmittel in einer aktiven, arretierten Position befindet. In einer Ruheposition des Synchronisierungsmittels sind die Rastringe in den internen Nuten in dem internen Hohlrad angeordnet.
Die Druckschrift EP 2 060 815 A1 offenbart eine Drehmoment-Übertragungsvorrichtung mit Kegelringen und einem Leerlaufritzel unter Verwendung von Mitnehmerklauen. Die Kegelringe werden durch eine Steuerkraft, die durch eine Buchse ausgeübt wird, in Kontakt gebracht, um ein Drehmoment auf das Zahnrad zu übertragen. Die Oberflächen der Mitnehmerklauen stehen während der Drehmomentübertragung in Kontakt mit den Oberflächen von Hohlräumen.
Dokument DE 38 10 904 A1 offenbart eine Synchronisiervorrichtung für ein Getriebe, umfassend eine Muffe, einen Synchronring und ein Getrieberad. Das Getrieberad umfasst in Axialrichtung eine Reibkonusfläche und einen Keil, der dazu eingerichtet ist, mit einem Keil des Synchronrings oder der Muffe ineinanderzugreifen.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Rastkegelring der in der Einleitung definierten Art bereitzustellen, der Verluste in einem Getriebe reduziert, der den Kraftstoffverbrauch eines Fahrzeugs reduziert, in dem das Getriebe angeordnet ist, der den Verschleiß des Rastkegelrings reduziert, der Geräusche auf Grund von Schwingungen in dem Zwischenkegelring reduziert, und der auch den Verschleiß eines Zwischenkegelrings reduziert und Geräusche auf Grund von Schwingungen in dem Zwischenkegelring reduziert.
Diese Ziele werden mit einem Rastkegelring für eine Synchronisierungsanordnung erreicht, der durch die Merkmale gekennzeichnet ist, die in Patentanspruch 1 vorgegeben sind.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Zwischenkegelring von der Art zu entwickeln, die in der Einleitung definiert wird, der Verluste in einem Getriebe reduziert, der den Kraftstoffverbrauch eines Fahrzeugs reduziert, in dem das Getriebe angeordnet ist, der den Verschleiß des Zwischenkegelrings reduziert und der Geräusche auf Grund von Schwingungen in dem Zwischenkegelring reduziert.
Diese Ziele werden mit einem Zwischenkegelring für eine Synchronisierungsanordnung erreicht, der durch die Merkmale gekennzeichnet ist, die in Patentanspruch 13 vorgegeben sind.
Gemäß der Erfindung wird ein vorteilhafter Rastkegelring für eine Synchronisierungsanordnung erreicht, der Verluste in einem Getriebe reduziert. Da verhindert wird, dass die Reibungsfläche des Rastkegelrings mit den Reibungsflächen der anderen Kegelringe in Kontakt kommt, entstehen keine Reibungsverluste zwischen dem Rastkegelring und den anderen Kegelringen. Dadurch nimmt der Kraftstoffverbrauch nicht zu. Auch wird eventueller Verschleiß der Reibungsflächen des Rastkegelrings und der anderen Kegelringe reduziert, da die Reibungsflächen nicht in Kontakt stehen sollen, wenn keine Synchronisierung erfolgt. Wenn die Position des Rastkegelrings definiert ist, werden Schwingungen in dem Rastkegelring verhindert, und daher entstehen keine Geräusche auf Grund von Schwingungen in dem Rastkegelring.
Die Eingriffsmittel, die an den Antriebsmitteln angeordnet sind, interagieren mit einem Kegelring in der Synchronisierungsanordnung und verhindern, dass sich der Kegelring in einer axialen Richtung bewegt, so dass die axiale Position des Kegelrings definiert ist. Dadurch wird verhindert, dass sich die Reibungsflächen der Kegelringe gegenseitig berühren.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind mindestens ein Widerlagermittel und eine Umfangsnut derart konfiguriert, dass sich ein erster Punkt auf der ersten Oberfläche des mindestens einen Widerlagermittels und ein zweiter Punkt in der Umfangsnut an einer Peripherie einer gemeinsamen Sphäre mit einem Radius befinden. Mit einer derartigen Konfiguration der Umfangsnut und des Widerlagermittels kann der Rastkegelring in einer festen axialen Position mit Bezug auf eine Buchse und den Innenring in der Synchronisierungsanordnung arretiert werden. Beispielsweise können federbelastete Kugeln, die in der Buchse angeordnet sind, verwendet werden, die Abmessungen aufweisen, die im Wesentlichen der gemeinsamen Sphäre entsprechen. Die federbelasteten Kugeln interagieren mit der Umfangsnut und dem Widerlagermittel, so dass sich der erste Punkt auf der ersten Oberfläche des mindestens einen Widerlagermittels und der zweite Punkt in der Umfangsnut an einer Peripherie der federbelasteten Kugel befinden. Dadurch ist die axiale Position des Rastkegelrings definiert, wenn sich die Buchse in ihrer Anfangsposition in der Synchronisierungsanordnung befindet. Eine derartige Anfangsposition der Buchse kann einer Leerlaufstellung des Gangs entsprechen. Auch wird der Rastkegelring daran gehindert, sich axial in dem Raum zwischen der Buchse und dem Innenkegelring zu bewegen, und daher kann der Rastkegelring nicht mit dem Innenkegelring in Kontakt kommen. Somit werden ein Anstieg des Kraftstoffverbrauchs, der Verschleiß der Reibungsflächen des Rastkegelrings und des Innenkegelrings und Geräusche auf Grund von Schwingungen in dem Rastkegelring verhindert.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist die Umfangsnut in Schnittansicht mit einem ersten Radius, der in einem ersten Teil der Umfangsnut angeordnet ist, und mit einem zweiten Radius, der in einem zweiten Teil der Umfangsnut angeordnet ist, versehen. Eine derartige Konfiguration der Umfangsnut stellt sicher, dass der zweite Punkt in der Umfangsnut klar definiert ist, so dass der Rastkegelring mit Bezug auf die Buchse und den Innenring in der Synchronisierungsanordnung in einer festen axialen Position arretiert werden kann.
Gemäß noch einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist der erste Radius kleiner als der zweite Radius. Eine derartige Konfiguration der Umfangsnut stellt sicher, dass der zweite Punkt in der Umfangsnut klar definiert ist, so dass der Rastkegelring mit Bezug auf die Buchse und den Innenring in der Synchronisierungsanordnung in einer festen axialen Position arretiert werden kann.
Gemäß noch einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist der erste Teil näher an dem Widerlagermittel als der zweite Teil angeordnet. Eine derartige Konfiguration der Umfangsnut stellt sicher, dass der zweite Punkt in der Umfangsnut klar definiert ist, so dass der Rastkegelring mit Bezug auf die Buchse und den Innenring in der Synchronisierungsanordnung in einer festen axialen Position arretiert werden kann. Wenn beispielsweise federbelastete Kugeln, die in der Buchse angeordnet sind, mit Abmessungen verwendet werden, die im Wesentlichen der gemeinsamen Sphäre entsprechen, arretiert die Konfiguration der Umfangsnut zusammen mit dem Widerlagermittel den Rastkegelring in einer axialen Position.
Gemäß noch einer anderen Ausführungsform der Erfindung befindet sich der zweite Punkt in dem zweiten Teil. Eine derartige Konfiguration der Umfangsnut stellt sicher, dass der zweite Punkt in der Umfangsnut klar definiert ist, so dass der Rastkegelring mit Bezug auf die Buchse und den Innenring in der Synchronisierungsanordnung in einer festen axialen Position arretiert werden kann.
Gemäß der Erfindung wird auch ein vorteilhafter Zwischenkegelring für eine Synchronisierungsanordnung erreicht, der Verluste in einem Getriebe reduziert. Da verhindert wird, dass die Reibungsfläche des Zwischenkegelrings mit den Reibungsflächen der anderen Kegelringe in der Synchronisierungsvorrichtung in Kontakt kommt, entstehen keine Reibungsverluste zwischen dem Zwischenkegelring und den anderen Kegelringen. Dadurch nimmt der Kraftstoffverbrauch nicht zu. Auch wird eventueller Verschleiß der Reibungsflächen des Zwischenkegelrings und der anderen Kegelringe reduziert, da sich die Reibungsflächen während der relativen Bewegung nicht berühren. Wenn die Position des Zwischenkegelrings definiert ist, werden Schwingungen in dem Zwischenkegelring verhindert, und daher entstehen keine Geräusche auf Grund von Schwingungen in dem Zwischenkegelring.
Die Eingriffsmittel, die an der Mitnehmernut angeordnet sind, interagieren mit einem Kegelring in der Synchronisierungsanordnung und verhindern, dass sich der Kegelring in einer axialen Richtung bewegt, so dass die axiale Position des Kegelrings definiert ist. Dadurch wird verhindert, dass sich die Reibungsflächen der Kegelringe gegenseitig berühren.
Figurenliste
Es folgt eine beispielhafte Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen. Es zeigen:

1 schematisch ein Fahrzeug in Seitenansicht mit einer Synchronisierungsanordnung gemäß der Erfindung,
2 eine perspektivische Ansicht eines Segments eines Rastkegelrings für eine Synchronisierungsanordnung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
3 eine Schnittansicht einer Synchronisierungsanordnung gemäß der Erfindung,
4 eine Schnittansicht entlang der Linie I-I des Rastkegelrings gemäß der Erfindung,
5 eine Schnittansicht einer Synchronisierungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung in einer Vorsynchronisierungsposition,
6 eine Schnittansicht einer Synchronisierungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung in einer Synchronisierungsposition,
7 eine Schnittansicht einer Synchronisierungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung in einer Position, wenn der Synchronisierungsprozess beendet ist,
8 eine ausführliche Ansicht eines Rastkegelrings von oben gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung,
9 eine Schnittansicht entlang der Linie II-II aus 8,
10 eine ausführliche Schnittansicht entlang der Linie II-II aus 8,
11 eine Seitenansicht einer Synchronisierungsanordnung, die mit drei Kegelringen versehen ist, gemäß der Erfindung,
12 eine Vorderansicht eines Segments einer Synchronisierungsanordnung, das mit vier Kegelringen versehen ist, gemäß der Erfindung,
13 eine Schnittansicht entlang der Linie III-III aus 12, und
14 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie IV-IV aus 12.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
1 zeigt eine Seitenansicht eines Fahrzeugs 1, z.B. eines Lastwagens, der einen Motor 2 und ein Getriebe 4, das mit einer Synchronisierungsanordnung 12 gemäß der Erfindung versehen ist, umfasst. Der Motor 2 ist mit dem Getriebe 4 verbunden, und das Getriebe 4 ist ferner mit den Antriebsrädern 8 des Fahrzeugs 1 über eine Antriebswelle 10 verbunden. Bevorzugt ist der Motor 2 ein Verbrennungsmotor, wobei jedoch ein anderer Motortyp 2, wie etwa ein Elektromotor, ebenfalls anwendbar ist. Das Getriebe 4 kann ein Schaltgetriebe oder ein automatisiertes Schaltgetriebe sein.
2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Segments eines Rastkegelrings 14 für die Synchronisierungsanordnung 12 gemäß der Erfindung. Der Rastkegelring 14 umfasst mindestens einen Rastzahn 36, der an einer Peripherie 39 des Rastkegelrings 14 angeordnet ist, und bevorzugt ist auch mindestens ein Widerlagermittel 42 an der Peripherie 39 des Rastkegelrings 14 angeordnet. Das Widerlagermittel 42 ist mit einer ersten schrägen Oberfläche 70 versehen.
3 zeigt eine Schnittansicht der Synchronisierungsanordnung 12 gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Synchronisierungsanordnung 12 umfasst den Rastkegelring 14, einen Innenkegelring 16, der auf der Seite eines Zahnrads 18 angeordnet ist, und eine Buchse 20, die anhand einer Schaltgabel 22 axial verlagerbar ist. Die Schaltgabel 22 ist anhand eines Betätigungsmittels 24 axial verlagerbar. Der Rastkegelring 14 und der Innenkegelring 16 sind mit interagierenden Reibungsflächen 28 versehen, die bevorzugt kegelförmig ausgelegt sind. Die Schaltgabel 22 überträgt eine Axialkraft von der Buchse 20 auf den Rastkegelring 14, um während des Gangschaltens einen Kontakt zwischen den Reibungsflächen 28 an dem Rastkegelring 14 und dem Innenkegelring 16 zu bewirken. Dies bedeutet, dass ein Ölfilm, der sich zwischen den Reibungsflächen 28 bildet, verlagert wird und ein anfängliches Drehmoment zwischen dem Rastkegelring 14 und dem Innenkegelring 16 entsteht.
Wenn in einem Getriebe 4 die Gänge geschaltet werden, wird das Zahnrad 18 in Eingriff gebracht und anhand der axial verlagerbaren Buchse 20 auf einer Welle 30 arretiert. Eine Nabe 32, die mit Schiebekeilen 34 an der Peripherie versehen ist, ist an der Welle 30 angebracht und ermöglicht es der Buchse 20, sich axial zu bewegen. Die Nabe 32 überträgt ein Drehmoment zwischen der Welle 30 und der Buchse 20. Die Buchse 20, das Zahnrad 18 und die Welle 30 können jedoch unterschiedliche Drehzahlen aufweisen, wenn der Gang geschaltet werden soll und wenn das Zahnrad 18 anhand der Buchse 20 auf der Welle 30 arretiert werden soll. Die Synchronisierungsanordnung 12 wird daher verwendet, um die Drehzahl zwischen der Buchse 20, dem Zahnrad 18 und der Welle 30 zu synchronisieren, bevor das Zahnrad auf der Welle 30 arretiert wird.
Die Schaltgabel 22 überträgt eine Axialkraft von der Buchse 20 auf den Rastkegelring 14, um während des Gangschaltens einen Kontakt zwischen den Reibungsflächen 28 auf dem Rastkegelring 14 und dem Innenkegelring 16 herzustellen. Dies bedeutet, dass ein Ölfilm, der sich zwischen den Reibungsflächen 28 bildet, verlagert wird und ein anfängliches Drehmoment zwischen dem Rastkegelring 14 und dem Innenkegelring 16 entsteht.
Um in dem Getriebe 4 eine gute Synchronisierung zu erzielen, müssen die Oberflächen der Rastzähne 36 auf dem Rastkegelring 14, die der Buchse 20 zugewandt sind und ausgelegt sind, um während der Synchronisierung in die internen Zähne 38 in der Buchse 20 einzugreifen, mit Bezug auf die Drehachse des Rastkegelrings 14 angewinkelt sein, wobei der Winkel gegenüber dem Bremsmoment, das der Rastkegelring 14 auf die Buchse 20 überträgt, ausgeglichen ist, um eine synchrone Drehzahl zu erreichen.
Eine gewisse Anzahl von Kugeln 40, die jeweils mit einer Feder 41 belastet sind, ist in der Buchse 20 angeordnet, die sicherstellen sollen, dass eine Vorsynchronisierung stattfindet. Die federbelasteten Kugeln 40 wirken auf die Widerlagermittel 42 ein, die auf dem Rastkegelring 14 angeordnet sind, um sicherzustellen, dass sich die Rastzähne 36 des Rastkegelrings 14 mit Bezug auf die internen Zähne 38 der Buchse 20 während der Vorsynchronisierung in der richtigen axialen Position befinden, und die Widerlagermittel 42 drücken die federbelasteten Kugeln 40 radial nach außen, wenn sich die Buchse 20 mit Bezug auf den Rastkegelring 14 axial bewegt, wenn die Vorsynchronisierung beendet ist und wenn die Synchronisierung bzw. Hauptsynchronisierung beginnen soll. In 3 sind die Buchse 20, der Rastkegelring 14 und der Innenkegelring 16 der Übersichtlichkeit halber voneinander beabstandet abgebildet. In 3 werden das Zahnrad 18, die Welle 30 und die Nabe 32 schematisch offenbart. Die Rastzähne 36 erstrecken sich in einer Richtung parallel zur Mittellinie des Rastkegelrings 14 und in einer peripheren Richtung. Die Widerlagermittel 42 weisen in der Richtung parallel zur Mittellinie 44 eine größere Erstreckung als die Rastzähne 36 auf. Eine Umfangsnut 49 ist in der peripheren Oberfläche des Rastkegelrings 14 angrenzend an dem Widerlagermittel 42 angeordnet. Bevorzugt erstreckt sich die Umfangsnut 49 vollständig um die periphere Oberfläche des Rastkegelrings 14 herum. Eine gewisse Anzahl von kürzeren Umfangsnuten 49 kann sich jedoch alternativ in Form von Vertiefungen auf der peripheren Oberfläche des Rastkegelrings 14 erstrecken.
Anstelle der federbelasteten Kugeln 40 ist es möglich, andere Rastvorrichtungen zu verwenden, wie etwa einen ringförmig gekrümmten Draht (nicht offenbart), möglichst mit einem kreisförmigen Querschnitt, der federelastisch in der Nut 49 befestigt ist und somit eine vorbestimmte Lücke zwischen seinen gegenüberliegenden Enden aufweist. Diese Lücke ermöglicht eine gewisse radiale Kompression des Drahts.
4 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie I-I des Rastkegelrings 14 gemäß der Erfindung. Bei der offenbarten Ausführungsform sind vier Widerlagermittel 42 in einem im Wesentlichen gleichen Abstand an der Peripherie 39 des Rastkegelrings 14 angeordnet. Auch sind die Rastzähne 36 in einem im Wesentlichen gleichen Abstand an der Peripherie 39 des Rastkegelrings 14 angeordnet.
5 zeigt eine Schnittansicht einer Synchronisierungsanordnung 12 gemäß der Erfindung in einer Vorsynchronisierungsposition. Wenn in dem Getriebe 4 Gänge geschaltet werden, wirkt die Schaltgabel 22 mit einer Axialkraft auf die Buchse 20 ein und verlagert die Buchse und auch den Rastkegelring 14 axial mit Bezug auf die Nabe 32 in Richtung auf den Innenkegelring 16. Die federbelasteten Kugeln 40 werden in Richtung der Umfangsnut 49 gedrückt, so dass die axiale Position des Rastkegelrings 14 mit Bezug auf die Buchse 20 definiert wird. Aus diesem Grund ist die Nut 49 derart ausgelegt, dass sie mit der federbelasteten Kugel 40 interagiert. Wie zuvor erwähnt, wirken die federbelasteten Kugeln 40 auch auf das Widerlagermittel 42 ein, das auf dem Rastkegelring 14 angeordnet ist, so dass der Rastkegelring 14 durch die Kraft von den federbelasteten Kugeln 40 axial verlagert wird, wenn die Buchse 20 anhand der Schaltgabel 22 verlagert wird. Während die Buchse 20 und der Rastkegelring 14 axial verlagert werden, werden die Reibungsflächen 28 auf dem Rastkegelring 14 und dem Innenkegelring 16 in eine aneinander angrenzende Position gebracht. Da das Getriebe 4 jedoch mit Öl gefüllt ist, entsteht ein dünner Ölfilm 29 zwischen den Reibungsflächen 28 auf dem Rastkegelring 14 und dem Innenkegelring 16. Die Axialkraft von dem Rastkegelring 14, die auf die Mittel des Innenkegelrings 16 einwirkt, führt dazu, dass der Ölfilm, der sich zwischen den Reibungsflächen 28 gebildet hat, verlagert wird. Die interagierenden Oberflächen der Rastzähne 36 des Rastkegelrings 14 und der internen Zähne 38 der Buche treffen nach der Vorsynchronisierung aufeinander und liegen während der Synchronisierung aneinander an.
Die Rastzähne 36 und die Widerlagermittel 42 befinden sich bevorzugt auf der Seite jedes Rastkegelrings 14, der am nächsten an dem Innenkegelring 16 liegt, um die Bewegung des Rastkegelrings 14 in der Buchse 20 während des Synchronisierungsprozesses zu erlauben. Das Widerlagermittel 42 weist eine kleinere radiale Erstreckung als die des Abstands zwischen den internen Zähnen 38 in der Buchse 20 auf. Dies ermöglicht die Bewegung des Rastkegelrings 14 in der Buchse 20 während des Synchronisierungsprozesses.
6 zeigt eine Schnittansicht einer Synchronisierungsanordnung 12 gemäß der Erfindung in einer Synchronisierungsposition, in welcher der Ölfilm, der sich zwischen den Reibungsflächen 28 gebildet hat, während der Vorsynchronisierung verlagert wurde, die Reibungsflächen 28 in Kontakt miteinander stehen, und ein Anfangsdrehmoment zwischen dem Lastkegelring 14 und dem Innenkegelring 16 entsteht.
Die Rastzähne 36 auf dem Rastkegelring 14 greifen während der Synchronisierung in die internen Zähne 38 in der Buchse 20 ein und liegen darauf. Daher müssen die Oberflächen der Rastzähne 36 auf dem Rastkegelring 14, die in Oberflächen der internen Zähne 38 in der Buchse 20 eingreifen und darauf liegen, mit Bezug auf die Drehachse des Rastkegelrings 14 angewinkelt sein, und der Winkel muss das Bremsmoment ausgleichen, das der Rastkegelring 14 auf die Buchse 20 überträgt, um eine synchrone Drehzahl zu erreichen. Während der Synchronisierung weisen die Buchse 20, das Zahnrad 18 und die Welle unterschiedliche Drehzahlen auf. Wenn jedoch eine synchrone Drehzahl zwischen der Buchse 20, dem Zahnrad 18 und der Welle 30 erreicht wurde, lösen sich die angewinkelten Oberflächen der Rastzähne 36 auf dem Rastkegelring 14 von den angewinkelten Oberflächen der internen Zähne 38 in der Buchse 20, so dass die Buchse 20 axial an dem Rastkegelring 14 vorbeigeht. Um sicherzustellen, dass eine synchrone Drehzahl erreicht wird, bevor die Buchse 20 axial an dem Rastkegelring 14 vorbeigeht, müssen sich die Zähne 36 des Rastkegelrings 14 rechtzeitig von den internen Zähnen 38 lösen. Dies wird durch einen Drehmomentausgleich erreicht, wobei das Reibungsmoment, das auch als Synchronisierungsdrehmoment definiert wird, dazu neigt, die Überlappung zwischen den Rastkegelzähnen 36 und den Innenkegelzähnen zu vergrößern, während das Drehmoment, das sich aus dem Kontakt zwischen den Zähnen ergibt, dazu neigt, die Überlappung zwischen den Zähnen zu reduzieren. Wenn sich die Buchse 20 mit Bezug auf den Rastkegelring 14 axial bewegt, werden die federbelasteten Kugeln 40 auf Grund einer radial gerichteten Kraft von der ersten Oberfläche 70 auf dem Widerlagermittel 42 radial nach außen geschoben. Da die erste Oberfläche 70 auf dem Widerlagermittel 42 schräg ist, werden die federbelasteten Kugeln 40 nach und nach radial nach außen geschoben, wenn sich die Buchse 20 in der axialen Richtung bewegt.
7 zeigt eine Schnittansicht einer Synchronisierungsanordnung 12 gemäß der Erfindung in einer Position, wenn der Synchronisierungsprozess beendet ist, und wenn sich die peripheren Rastzähne 36 auf dem Rastkegelring 14 von den internen Zähnen 38 in der Buchse 20 gelöst haben, wenn eine synchrone Drehzahl zwischen der Buchse 20 und dem Innenkegelring 16 erzielt wurde. Die internen Zähne 38 auf der Buchse 20 greifen in die externen Zähne 75 auf dem Innenkegelring 16 ein. In dieser Position wurde die Buchse 20 axial derart verlagert, dass der Rastkegelring 14 in die Buchse 20 nach innen bewegt wurde und mit Bezug auf die Buchse 20 in einer axialen Position angehalten wurde, wobei die axiale Position durch die Position bestimmt wird, in der die Buchse 20 auf den Innenkegelring 16 auf dem Zahnrad 18 trifft und darin eingreift. In dieser Position ist der Gangschaltvorgang beendet, und das Zahnrad 18 steht mit der Welle 30 in Eingriff. Auch wurden in dieser Position die federbelasteten Kugeln 40 noch weiter radial nach außen geschoben und liegen auf einer äußeren Oberfläche des Widerlagermittels 42, die als vierte Oberfläche 76 des Widerlagermittels 42 abgebildet ist.
8 und 9 zeigen jeweils eine Ansicht eines Widerlagermittels 42 auf dem Rastkegelring 14 von oben und eine Schnittansicht entlang der Linie II-II des Widerlagermittels 42 auf dem Rastkegelring 14. Die Umfangsnut 49 ist in der peripheren Oberfläche des Rastkegelrings 14 angrenzend an die erste Oberfläche des Widerlagermittels 42 angeordnet. Ein Rastzahn 36 ist in einem Abstand von dem Widerlagermittel 42 auf der peripheren Oberfläche des Rastkegelrings 14 angeordnet. Die erste Oberfläche 70 ist im Wesentlichen flach, und eine Senkrechte 78 der ersten Oberfläche weist einen ersten Winkel α mit Bezug auf eine Mittellinie 44 des Rastkegelrings 14 auf. Der erste Winkel α beträgt 10° bis 80°, bevorzugt 30° bis 60° und höchst bevorzugt 40° bis 50°. Aus 8 geht hervor, dass das Widerlagermittel 42 eine größere Erstreckung als der Rastzahn 36 sowohl in der Richtung parallel zur Mittellinie 44 als auch in der peripheren Richtung aufweist. Das Widerlagermittel 42 umfasst eine zweite Oberfläche 72 und eine dritte Oberfläche 74, die angrenzend an die erste Oberfläche 70 angeordnet ist, und die sich im Wesentlichen parallel zur Mittellinie 44 erstrecken, wobei beide eine Senkrechte aufweisen, die zur Mittellinie im Wesentlichen orthogonal ist. Das Widerlagermittel 42 umfasst auch die vierte Oberfläche 76, die angrenzend an die ersten, zweiten und dritten Oberflächen 70, 72, 74 angeordnet ist und sich im Wesentlichen parallel zur Mittellinie 44 erstreckt und eine Senkrechte aufweist, welche die Mittellinie 44 schneidet und zur Mittellinie 44 im Wesentlichen orthogonal ist.
In 9 wird auch der Innenkegelring 16 gezeigt, auf dem die konische Oberfläche 28 angeordnet ist, um die Reibungsfläche 28 des Rastkegelrings 14 während der Synchronisierung zu berühren.
Die Umfangsnut 49, die in der peripheren Oberfläche des Rastkegelrings 14 angeordnet ist, ist zusammen mit dem Widerlagermittel 42 derart konfiguriert, dass sich ein erster Punkt P1 auf der ersten Oberfläche 70 des Widerlagermittels 42 und ein zweiter Punkt P2 in der Umfangsnut 49 an einer Peripherie einer gemeinsamen Sphäre 80 befinden.
10 zeigt eine detaillierte Schnittansicht entlang der Linie II-II aus 8. Die Umfangsnut 49 und das Widerlagermittel 42 sind derart konfiguriert, dass, wenn die gemeinsame Sphäre 80 mit einem Radius 82 auf der ersten Oberfläche 70 des Widerlagermittels 42 liegt und gleichzeitig in der Umfangsnut 49 liegt, die Peripherie der gemeinsamen Sphäre 80 die erste Oberfläche 70 des Widerlagermittels 42 nur an dem einen ersten Punkt P1 berührt und gleichzeitig die Oberfläche der Umfangsnut 49 nur an einem zweiten Punkt P2 berührt. Bevorzugt weist die Umfangsnut 49 eine Konfiguration auf, die in der Schnittansicht zwei verschiedene Radien 84, 86 aufweist. Ein erster Radius 84, der in einem ersten Teil 88 der Umfangsnut 49 angeordnet ist, und ein zweiter Radius 86, der in einem zweiten Teil 90 der Umfangsnut 49 angeordnet ist. Der erste Radius 84 ist bevorzugt kleiner als der zweite Radius 86. Der erste Teil 88 der Umfangsnut 49 ist näher an dem Widerlagermittel 42 angeordnet als der zweite Teil 90. Die Oberfläche des ersten Teils 88 der Umfangsnut 49 erstreckt sich bevorzugt bis zu der ersten Oberfläche 70 des Widerlagermittels 42. Der zweite Kontaktpunkt P2 zwischen der Oberfläche der Umfangsnut 49 und der gemeinsamen Sphäre 80 befindet sich in dem zweiten Teil 90 der Umfangsnut 49. Einer der Radien 84, 86 kann jedoch auch gleich null sein, was bedeutet, dass die Oberfläche im Wesentlichen eben ist.
Die gemeinsame Sphäre 80, die mit einem Radius 82 versehen ist, ist nur eine gedachte Sphäre, die beschrieben wird, um die geometrische Konfiguration der Umfangsnut 49 und des Widerlagermittels 42, die in und auf dem Rastkegelring 14 angeordnet sind, zu definieren. Somit ist die gemeinsame Sphäre 80 kein physisches Merkmal oder ein Teil des Rastkegelrings 14. Wenn der Rastkegelring 14 mit den anderen Teilen der Synchronisierungsanordnung zusammenwirkt, interagieren die federbelasteten Kugeln 40 mit dem Rastkegelring 14, wie zuvor beschrieben. Bevorzugt weisen die federbelasteten Kugeln 40 einen Radius auf, der sich im Wesentlichen an den Radius 82 der gemeinsamen Sphäre 80 anpasst, um die Interaktion zu erreichen.
Nach einem Gangschaltvorgang, der dazu führt, dass sich das Zahnrad 18 von der Welle 30 löst, wird die Buchse 20 in eine Anfangsposition zurückgebracht, in der keine Axialkraft auf den Rastkegelring 14 einwirkt. Die federbelasteten Kugeln 40 werden in die Umfangsnut 49 geschoben und berühren die Oberfläche der Umfangsnut 49 und der ersten Oberfläche 70 des Widerlagermittels 42 ähnlich wie die Position der gemeinsamen Sphäre 80, die zuvor beschrieben wurde. Daher arretieren die federbelasteten Kugeln 40 den Rastkegelring 14 in einer festen axialen Position mit Bezug auf die Buchse 20 und den Innenkegelring 16. Dadurch ist die axiale Position des Rastkegelrings 14 definiert, wenn sich die Buchse 20 in ihrer Anfangsposition befindet. Auch wird der Rastkegelring 14 daran gehindert, sich in dem Raum zwischen der Buchse 20 und dem Innenkegelring 16 axial zu bewegen, und daher kann der Rastkegelring 16 nicht mit dem Innenkegelring 16 in Kontakt kommen. Somit werden ein Anstieg des Kraftstoffverbrauchs, der Verschleiß der Reibungsflächen des Rastkegelrings 14 und des Innenkegelrings 16 und Geräusche auf Grund von Schwingungen in dem Rastkegelring 14 verhindert.
11 zeigt eine Seitenansicht einer Synchronisierungsanordnung 12, die mit drei Kegelringen 14, 16, 50 versehen ist, gemäß der Erfindung. Die Kegelringe 14, 16, 50 sind ein Rastkegelring 14, ein Innenkegelring 16 und ein Zwischenkegelring 50. Eine derartige Synchronisierungsanordnung 12 kann ein großes Drehmoment übertragen. Der Zwischenkegelring 50 weist einen im Wesentlichen kreisförmigen Körper 26 auf und ist mit zwei im Wesentlichen kreisförmigen Reibungsflächen 28 versehen, die beide kegelstumpfförmig sind. Eine der Reibungsflächen 28 auf dem Zwischenkegelring 50 interagiert mit der Reibungsfläche 28 des Rastkegelrings 14, und die andere Reibungsfläche 28 auf dem Zwischenkegelring 50 interagiert mit der Reibungsfläche 28 des Innenkegelrings 16. Die beiden Reibungsflächen 28 auf dem Zwischenkegelring 50 sind mit Verschleißanzeigemitteln 48 versehen. Der Übersichtlichkeit halber wird die Buchse 20 in 3 nicht offenbart, und aus dem gleichen Grund sind der Rastkegelring 14, der Innenkegelring 16 und der Zwischenkegelring 50 in einem gewissen Abstand voneinander angeordnet.
12 zeigt eine Vorderansicht eines Segments einer Synchronisierungsanordnung 12, die mit vier Kegelringen 14, 16, 92, 94 versehen ist, gemäß der Erfindung. Die Synchronisierungsanordnung 12 umfasst den Rastkegelring 14, einen Innenkegelring 16, der auf der Seite eines Zahnrads 18 angeordnet ist, und eine Buchse 20, die anhand einer Schaltgabel 12 axial verlagerbar ist (in 12 nicht gezeigt). Ein erster Zwischenkegelring 92 ist angeordnet, um mit dem Rastkegelring 14 zu interagieren, und ein zweiter Zwischenkegelring 94 ist an dem Innenkegelring 16 angebracht.
Die vier Rastkegelringe 14, 16, 92, 94 sind mit interagierenden Reibungsflächen 28 versehen, die bevorzugt kegelförmig ausgelegt sind. Die Axialkraft von der Nut 20 wirkt auf den Rastkegelring 14 ein, wie zuvor beschrieben, um während des Gangschaltens einen Kontakt zwischen den Reibungsflächen 28 auf den Kegelringen 14, 16, 92, 94 zu bewirken.
Wenn in einem Getriebe 4 die Gänge geschaltet werden, wird das Zahnrad 18 anhand der axial verlagerbaren Buchse 20 und der Nabe 32 auf einer Welle 30 in Eingriff gebracht und arretiert, und die Nabe 32, die an der Welle 30 angebracht ist, überträgt das Drehmoment zwischen der Welle (in 12 nicht gezeigt) und der Buchse 20.
Der Rastkegelring 14 ist mit mindestens einem Antriebsmittel 96 versehen, das mit dem ersten Zwischenkegelring 92 interagiert. Bevorzugt gibt es eine gewisse Anzahl von Antriebsmitteln 96, die auf dem Kegelring 14 angeordnet und daran angebracht sind. Die Antriebsmittel 96 interagieren sowohl radial als auch axial mit dem ersten Zwischenkegelring 92, der mit einer Mitnehmernut 98 für jedes Antriebsmittel versehen ist. Das Antriebsmittel 96 erstreckt sich in die Mitnehmernut 98, und das Drehmoment von dem Rastkegelring 14 wird über das Antriebsmittel 96 auf den ersten Zwischenkegelring 92 übertragen.
13 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie III-III aus 12. Die Axialkraft von der Buchse 20 auf dem Rastkegelring 14 wird ebenfalls über das Antriebsmittel 96 auf den ersten Zwischenkegelring 92 übertragen. Sowohl das Antriebsmittel 96 als auch die Mitnehmernut 98 sind mit axial und umfangsmäßig gerichteten Antriebsflächen 100, 102 versehen, die während der Übertragung jeweils des Drehmoments und der axial gerichteten Kraft in Kontakt stehen.
Somit wird, um den Synchronisierungsprozess einzuleiten und den Kontakt zwischen den Reibungsflächen 28 auf den Kegelringen 14, 16, 92, 94 herzustellen, die Axialkraft von der Buchse 20 anhand der axial gerichteten ersten Antriebsfläche 100 auf dem Antriebsmittel 96 des Rastkegelrings 14 und der axial gerichteten ersten Antriebsfläche 100 auf der Mitnehmernut 98 des ersten Zwischenkegelrings 92 auf den ersten Zwischenkegelring 92 übertragen.
Die Buchse 20 und der Rastkegelring 14 interagieren mit Mitteln, die der Nut 49 und den federbelasteten Kugeln 40 entsprechen, wie zuvor beschrieben, um die Position des Rastkegelrings 14 mit Bezug auf die Buchse 20 zu definieren. Es kann jedoch eine andere Art von Positionsdefinitionsmitteln, wie etwa ein ringförmig gekrümmter Draht, anstelle der federbelasteten Kugeln 40 verwendet werden. Die Positionsdefinitionsmittel 40, 49 sind in 13 schematisch gestrichelt abgebildet. Die Buchse 20, der Rastkegelring 14 und der Innenkegelring 16 sind mit umfangsmäßig angeordneten Zähnen 36, 38 versehen, die in 12 offenbart werden. Die umfangsmäßig angeordneten Zähne 36, 38 interagieren, wie zuvor beschrieben, während der Vorsynchronisierung und des Synchronisierungsprozesses.
Der erste Zwischenkegelring 92 kann sich innerhalb der Lücke, die sich zwischen dem zweiten Zwischenkegelring 94 und dem Innenkegelring 16 bildet, axial frei bewegen. Auch kann sich der zweite Zwischenkegelring 94 innerhalb der Lücke, die sich zwischen dem ersten Zwischenkegelring 92 und dem Rastkegelring 14 bildet, axial frei bewegen. Der zweite Zwischenkegelring 94 kann jedoch an dem Innenkegelring 16 angebracht sein und sich somit in der axialen Richtung nicht frei bewegen.
Während des Synchronisierungsprozesses wirkt die Reibungsfläche 28 auf dem Rastkegelring 14 auf die Reibungsfläche 28 auf dem zweiten Zwischenkegelring 94 ein, und zwar gleichzeitig wie die Reibungsfläche 28 auf dem ersten Zwischenkegelring 92 auf die Reibungsfläche 28 des Innenkegelrings 16 einwirkt. Die Position der Kegelringe 14, 16, 92, 94 wird während der Vorsynchronisierung und des Synchronisierungsprozesses definiert, da sie auf ihre gegenseitigen Reibungsflächen 28 einwirken. Nach einem Gangschaltvorgang, der dazu führt, dass sich das Zahnrad 18 von der Welle 30 löst, wird die Buchse 20 in eine Anfangsposition zurückgebracht, in der keine Axialkraft auf den Rastkegelring 14 einwirkt. Die federbelasteten Kugeln 40 werden in die Umfangsnut 49 geschoben und berühren die Oberfläche der Umfangsnut 49 und der ersten Oberfläche 70 des Widerlagermittels 42 (in 9 gezeigt). Dadurch ist die axiale Position des Rastkegelrings 14 definiert, wenn sich die Buchse 20 in ihrer Anfangsposition befindet, wie zuvor beschrieben. Da der erste Zwischenkegelring 92 jedoch angeordnet ist, um sich axial zu bewegen, muss auch die Position des ersten Zwischenkegelrings 92 nach dem Gangschaltvorgang definiert werden.
14 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie IV-IV aus 12. Das Antriebsmittel 96 erstreckt sich in die Mitnehmernut 98 in dem ersten Zwischenkegelring 92. Bevorzugt ist die Mitnehmernut 98 in der Umfangsrichtung breiter als das Antriebsmittel 96, so dass sich das Antriebsmittel 94 in der Mitnehmernut 98 sowohl in der axialen als auch in der Umfangsrichtung bewegen kann. Sowohl das Antriebsmittel 96 als auch die Mitnehmernut 98 weisen interagierende Antriebsflächen 100, 102 auf, die in 14 offenbart sind. Die ersten Antriebsflächen 100 sind in der Umfangsrichtung gerichtet und weisen dort eine Senkrechte auf, und die zweiten Antriebsflächen 102 sind in der axialen Richtung gerichtet und weisen dort eine Senkrechte auf. Das Antriebsmittel 96 befindet sich auf den ersten Antriebsflächen 100, die mit ersten Eingriffsmitteln 104 versehen sind, die ausgelegt sind, um mit zweiten Eingriffsmitteln 106 zu interagieren, die in den ersten Antriebsflächen 100 auf der Mitnehmernut 98 in dem ersten Zwischenkegelring 92 angeordnet sind. Bevorzugt sind die ersten Eingriffsmittel 104 auf dem Antriebsmittel 96 umfangsmäßig gerichtete Vorsprünge 104, und die zweiten Eingriffsmittel 106 auf dem Mitnehmernut 98 sind bevorzugt Vertiefungen 106, die sich in der Umfangsrichtung des ersten Zwischenkegelrings 92 erstrecken.
Wenn sich das Zahnrad 18 nach einem Gangschaltvorgang von der Welle löst, wird die Buchse 20 in eine Anfangsposition zurückgebracht, in der keine axiale Kraft auf den Rastkegelring 14 und auf den ersten Zwischenkegelring 92 einwirkt. Wenn der Rastkegelring 14 zurückgezogen wird, fällt der Vorsprung 104 auf einer der ersten Antriebsflächen 100 in die Vertiefung 106 in der entsprechenden ersten Antriebsfläche 100 der Mitnehmernut 98 in dem ersten Zwischenkegelring 92. Welcher der Vorsprünge 104 des Antriebsmittels 96 in die Vertiefungen 106 der Mitnehmernut 98 fällt, ist von der Drehrichtung der Welle 30 abhängig. Wenn der Vorsprung 104 auf dem Antriebsmittel 96 in der Vertiefung 106 in der Mitnehmernut 98 angeordnet ist, wird der erste Zwischenkegelring 92 daran gehindert, sich in der axialen Richtung zu bewegen. Dadurch ist die axiale Position des ersten Zwischenkegelrings 92 definiert, wenn sich die Buchse 20 in ihrer Anfangsposition befindet. Gemäß einer Ausführungsform kann das Antriebsmittel 96 mit Vertiefungen 106 versehen sein, und die Mitnehmernut 98 kann mit einem Vorsprung 104 versehen sein.
Dadurch ist die axiale Position des Rastkegelrings 14 sowie des ersten Zwischenkegelrings 92 definiert, wenn sich die Buchse 20 in ihrer Anfangsposition befindet. Auch wird der erste Zwischenkegelring 92 daran gehindert, sich in dem Raum zwischen dem Innenkegelring 16 und dem Rastkegelring 14 axial zu bewegen, und daher kann der erste Zwischenkegelring 16 nicht mit dem Innenkegelring 16 in Kontakt kommen. Somit werden ein Anstieg des Kraftstoffverbrauchs, des Verschleißes der Reibungsflächen des ersten Zwischenkegelrings 92 und des Innenkegelrings 16 und der Geräusche auf Grund von Schwingungen in dem ersten Zwischenkegelring 92 verhindert.

Claims

Rastkegelring (14) für eine Synchronisierungsanordnung (12), umfassend eine kreisförmige Reibungsfläche (28) mit einer mittleren Achse, und mindestens einen Rastzahn (36), der an einer Peripherie (39) des Rastkegelrings (14) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Antriebsmittel (96) auf dem Rastkegelring (14) angeordnet ist, und dass mindestens ein Eingriffsmittel (104, 106) auf dem mindestens einen Antriebsmittel (96) angeordnet ist, wobei das mindestens eine Eingriffsmittel (104, 106) dazu ausgebildet ist, mit einem Kegelring zu interagieren und zu verhindern, dass sich der Kegelring in einer axialen Richtung bewegt.
Rastkegelring (14) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Antriebsmittel (96) mit einer ersten, axial gerichteten Antriebsfläche (100) und mindestens einer zweiten umfangsmäßig gerichteten Antriebsfläche versehen ist.
Rastkegelring (14) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Eingriffsmittel (104, 106) auf der mindestens einen zweiten, umfangsmäßig gerichteten Antriebsfläche (102) angeordnet ist.
Rastkegelring (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Eingriffsmittel ein Vorsprung (104) ist.
Rastkegelring (14) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Eingriffsmittel eine Vertiefung (106) ist.
Rastkegelring (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Antriebsmittel (96) an der Peripherie (39) des Rastkegelrings (14) angeordnet ist.
Rastkegelring (14) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Antriebsmittel (96) eine erste Oberfläche (70) mit einer Senkrechten (78), die einen ersten Winkel (α) mit Bezug auf eine Mittellinie (44) des Rastkegelrings (14) aufweist, umfasst, dass eine Umfangsnut (49) in einer peripheren Oberfläche des Rastkegelrings (14) angrenzend an die erste Oberfläche (70) des mindestens einen Widerlagermittels (42) angeordnet ist, und dass das mindestens eine Widerlagermittel (42) und die Umfangsnut (49) derart konfiguriert sind, dass sich ein erster Punkt (P1) auf der ersten Oberfläche (70) des mindestens einen Widerlagermittels (42) und ein zweiter Punkt (P2) in der Umfangsnut (49) an einer Peripherie einer gemeinsamen Sphäre (82) mit einem Radius befinden.
Rastkegelring (14) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangsnut (49) in einer Schnittansicht mit einem ersten Radius (84), der in einem ersten Teil (88) der Umfangsnut (49) angeordnet ist, und mit einem zweiten Radius (86), der in einem zweiten Teil (90) der Umfangsnut (49) angeordnet ist, versehen ist.
Rastkegelring (14) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Radius (84) kleiner als der zweite Radius (86) ist.
Rastkegelring (14) nach einem der Ansprüche 8 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teil (88) näher an dem Widerlagermittel (42) angeordnet ist als der zweite Teil (90).
Rastkegelring (14) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich der zweite Punkt (P2) in dem zweiten Teil (90) befindet.
Rastkegelring (14) nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Winkel (a) 10° bis 80°, bevorzugt 30° bis 60° und höchst bevorzugt 40° bis 50° beträgt.
Zwischenkegelring (92) für eine Synchronisierungsanordnung (12), umfassend eine kreisförmige Reibungsfläche (28) mit einer mittleren Achse, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Mitnehmernut (98) auf dem Zwischenkegelring (92) angeordnet ist, und dass mindestens ein Eingriffsmittel (104, 106) auf der mindestens einen Mitnehmernut (98) angeordnet ist, wobei das mindestens eine Eingriffsmittel (104, 106) dazu ausgebildet ist, mit einem Kegelring zu interagieren und zu verhindern, dass sich der Kegelring in einer axialen Richtung bewegt.
Zwischenkegelring (92) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Mitnehmernut (98) mit einer ersten, axial gerichteten Antriebsfläche (100) und mindestens einer zweiten umfangsmäßig gerichteten Antriebsfläche versehen ist.
Zwischenkegelring (92) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Eingriffsmittel (104, 106) auf der mindestens einen zweiten, umfangsmäßig gerichteten Antriebsfläche (102) angeordnet ist.
Zwischenkegelring (92) nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Eingriffsmittel eine Vertiefung (104) ist.
Zwischenkegelring (92) nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Eingriffsmittel ein Vorsprung (106) ist.
Synchronisierungsanordnung (12), dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronisierungsanordnung (12) einen Rastkegelring (14) und einen Zwischenkegelring (92) nach einem der Ansprüche 1 und 13 umfasst.
Synchronisierungsanordnung (12) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronisierungsanordnung (12) eine Buchse (20) umfasst, in der mindestens eine federbelastete Kugel (40) angeordnet ist, wobei die federbelastete Kugel (40) einen Radius aufweist, der dem Radius (82) der gemeinsamen Sphäre (80) entspricht.
Getriebe (4), dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (4) eine Synchronisierungsanordnung (12) nach einem der Ansprüche 18 bis 19 umfasst.
Fahrzeug (1), dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (1) ein Getriebe (4) nach Anspruch 20 umfasst.