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Die Erfindung betrifft ein Fahrzeuggetriebe mit einer ersten Synchronisiereinrichtung auf einer ersten Getriebewelle und einer zweiten Synchronisiereinrichtung auf einer zu der ersten Getriebewelle im Wesentlichen parallel angeordneten zweiten Getriebewelle.
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Fahrzeuggetriebe sind in unterschiedlichen Konstellationen bekannt. Dabei ist in einer Großzahl an Ausgestaltungen der Fahrzeuggetriebe die Getriebeeingangswelle koaxial mit einer Getriebehauptwelle ausgebildet, die gleichzeitig auch die Getriebeabtriebswelle darstellt. Getriebeeingangswelle und Getriebeabtriebswelle sind relativ zueinander verdrehbar. Im Wesentlichen parallel zu der Getriebehauptwelle erstreckt sich eine Vorgelegewelle, die eine Vielzahl von fest auf der Vorgelegewelle angeordneten Festrädern aufweist. Die Festräder kämmen mit drehbar auf der Getriebehauptwelle angeordneten Losrädern, die jeweils durch eine Synchronisiereinrichtung mit der Getriebehauptwelle drehfest verbindbar sind.
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Bekannte Synchronisiereinrichtungen sind als Sperrsynchronisierungen mit konusförmigen Reibflächen ausgebildet und bestehen in verschiedenen Ausführungen betreffend der Größe, der Anzahl und der Anordnung der Reibkoni, der Ausführungen der Konuswinkel und der Geometrie der Reibkoni. Ebenfalls gibt es Variationen beim Belag der Reibflächen und Kombinationen verschiedener Reibmaterialien. Eine derartige Synchronisiereinrichtung ist beispielhaft bekannt aus der
DE 27 14 035 C3 der Anmelderin.
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Für den Synchronisiervorgang aufgebrachte Kräfte müssen axial abgestützt werden. Üblicherweise erfolgt dies durch parallel angeordnete axiale Anlaufflächen, meist ist der Paarung Stahl auf Stahl. Die Anlaufflächen werden extra für diesen Zweck gestaltet, erfordern Bauraum, teilweise zusätzliche Bauteile. Die Synchronisiereinrichtung ist meist zwischen einer aus zwei Losrädern bestehenden Losradpaarung angeordnet. Häufig sind mehrere Losradpaarungen nebeneinander auf einer Welle angeordnet, wobei die Abstützung der Axialkraft über eine Wellenkontur oder eine Anlaufscheibe erfolgt. Bei Anordnung einer Losradpaarung neben einer Festradpaarung auf einer Welle kann die Abstützung an einem Festrad erfolgen.
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Aus der
DE 10 2013 226 529 A1 der Anmelderin ist eine solche Anordnung einer Losradpaarung neben einer Festradpaarung bekannt geworden, bei der eine erste Synchronisiereinrichtung zwischen den Losrädern auf der Getriebehauptwelle angeordnet ist, während die benachbart angeordnete Festradpaarung mit einer zweiten Synchronisiereinrichtung zugeordneten Losrädern kämmt, die auf der parallel angeordneten Vorgelegewelle positioniert sind.
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Die Ausführung der Anlauffläche ist oft nicht für die Anforderungen geeignet ausgebildet. Beim Applizieren der Axialkraft werden Radialspiele aufgehoben, wonach der Erstkontakt punktuell oder als Linienkontakt stattfindet. Die Axialfläche wird beschädigt, es entstehen Fresser, Abrieb, Verschleiß, Kaltverschweißungen. Folgeschäden und Funktionsmängel sind nicht auszuschließen. Die Anforderung an die parallel angeordnete Anlauffläche Stahl auf Stahl ist es primär, die Axialkraft abzustützen, eine Beschädigung ist unzulässig. In Einzelfällen müssen nachträglich zur Vermeidung der Beschädigung zusätzliche Bauteile vorgesehen werden.
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Synchronisiereinrichtungen sind kostenintensive Komponenten, daher werden diese oft nicht individuell ausgelegt, sondern es werden Systemkomponenten aus einem Baukasten verwendet. Die produktindividuelle Auslegung auf die gewünschte Synchronisierleistung ist nur bedingt gegeben. Üblicherweise teilen sich zwei benachbarte Losräder ein rotationssymmetrisches Synchronisierungspaket mit gleichen Eigenschaften. Oft wird dabei auch die Verwendung einer Einfachkonussynchronisierung und alternativ die Verwendung einer deutlich teureren Doppelkonussynchronisierung vorgesehen. Die Baukastenlösung ist immer ein Kompromiss. Dass dieser Kompromiss exakt der Anforderung der Synchronisierleistung der jeweiligen einzelnen Gänge entspricht, ist eher unwahrscheinlich. Bei Wahl einer Baukastensynchronisierung ist der Schaltkomfort oft nicht ausreichend oder der Synchronimpuls ist zu hoch, also ist die erforderliche Schaltkraft zu hoch bzw. die Schaltzeit zu lang.
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Nach dem Synchronisationsvorgang bei Sperrsynchronisierungen neigen diese in der Freiflugphase dazu, ungewünscht hohe Differenzdrehzahlen aufzubauen was Schaltkomfortprobleme in der nachfolgenden Durchschaltphase verursacht.
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Zwar ist aus der
DE 27 14 035 C3 bekannt, auch eine weitere Fläche am zu schaltenden Losrad als Reibfläche zur Erzeugung eines Synchronmomentes mit einem auf der Getriebewelle befestigten Bauteil zu verwenden. Das Bauteil wird aber durch eine Axialsicherung gehalten. Gerade eine derartige Axialsicherung, die das über eine Kurzverzahnung mit der Getriebewelle drehfest verbundene Bauteil axial stützt, führt zu erhöhtem Passungsrost und verstärktem Verschleiß.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Fahrzeuggetriebe mit auf im Wesentlichen parallelen Getriebewellen vorgesehenen Synchronisiereinrichtungen in der Anpassung des erzielbaren Synchronmomentes zu verbessern.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein Fahrzeuggetriebe mit Synchronisiereinrichtungen mit den Merkmalen des Hauptanspruchs. Ausgestaltungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.
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Erfindungsgemäß wird die Axialseite des zum Gleichlauf zu bringenden Losrades, welche der Seite, auf der die aktuell bestehende Synchronisierungseinrichtung angeordnet ist, gegenüber liegt, konstruktiv als zusätzlich wirkender Teil, als zusätzliche Synchronisierungseinrichtung ausgelegt. Dazu weist das Fahrzeuggetriebe auf einer ersten Getriebewelle eine erste Synchronisiereinrichtung auf und auf einer zu der ersten Getriebewelle im Wesentlichen parallel angeordneten zweiten Getriebewelle eine zweite Synchronisiereinrichtung auf. Die erste und die zweite Synchronisiereinrichtung weisen wenigstens je ein drehbar gelagertes Losrad auf, das durch die erste oder zweite Synchronisiereinrichtung jeweils mit der zugehörigen ersten oder zweiten Getriebewelle verbindbar ist. Mit dem Losrad kämmend in Zahneingriff steht je ein auf der jeweils anderen Getriebewelle drehfest und axial feststehend angeordnetes Festrad. Festrad und Losrad bilden jeweils ein Zahnradpaar. Das Losrad ist axial verschiebbar angeordnet. Das Festrad wenigstens eines Zahnradpaares weist eine Reibfläche auf, die mit einer Reibfläche des auf der gleichen Getriebewelle benachbart angeordneten Losrades bei einer axialen Verschiebung des Losrades in Reibverbindung bringbar ist. Dabei stützt das Festrad das Losrad axial ab.
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Durch die Erfindung wird die Axialseite des zum Gleichlauf zu bringenden Losrades, welche der Seite, auf der die aktuell bestehende Synchronisierungseinrichtung angeordnet ist, gegenüber liegt, konstruktiv als zusätzlich wirkender Teil zum Aufbringen eines Synchronmomentes, also als zusätzliche Synchronisierungseinrichtung, ausgelegt.
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Zu gestalten ist diese Reibverbindung als Reibkonus unter Berücksichtigung verschiedener Winkel und Materialpaarungen, z.B. Stahl /Stahl, Stahl/Molybdän, Stahl/Streusinter, Stahl/Carbon. Unter Berücksichtigung aktueller Fertigungstechnologien zur Aufbringung und zum Verkleben der Reibschichten und unter Berücksichtigung aktueller Technologien zur Kühlung und Schmierung der Synchronisierungseinrichtungskomponenten ist eine wirtschaftliche Gestaltung möglich.
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Unter Berücksichtigung der Auslegung der Sperrbedingungen der eigentlichen Synchronisiereinrichtung auf der Gegenseite, beispielsweise als eine Einfachkonussperrsynchronisierung wird so eine gangindividuelle Summenauslegung der Synchronleistung möglich. Die neue Auslegung einer Gesamtsynchronleistung erfolgt mittels kombinierter Auslegung der Sperrsynchronisierung und der zusätzlichen Synchronisiereinrichtung. Hierdurch können bestehende Baukasten-Synchronisierungen besser eingesetzt werden, wenn die fehlende erforderliche Synchronleistung durch die Auslegung der zusätzlichen Synchronisierung ergänzt werden kann.
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Neue zu erstellende Baukasten-Synchronisierungen können unter Berücksichtigung des Einsatzes derartiger zusätzlicher Synchronisierungen geeignet ausgelegt werden.
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Es wird somit ermöglicht, für zwei Gangstufen eines derartig aufgebauten Getriebes, deren Losräder konstruktiv nebeneinander angeordnet sind, individuelle, unterschiedliche Synchronleistungen auszulegen. Die Problematik konstruktiver Bauraumberücksichtigung für mehrere Synchronisierungen aus bestehenden Baukästen ist behoben.
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Die Gestaltung der zusätzlichen Synchronisierung verbessert den Schaltkomfort und verringert den Synchronimpuls. Bei definierter Schaltkraft wird die Synchronzeit verringert und entsprechend wird bei definierter Synchronzeit die erforderliche Schaltkraft verringert. Auch die Problematik von Verschleiß an den axialen Anlaufstellen ist behoben. Die harmonische Gesamtabstimmung der Schaltkräfte der einzelnen Gangstufen ist gewährleistet und Schaltkomfortproblemen in der Durchschaltphase werden verringert.
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Teure Bauteile wie beispielsweise axiale Anlaufscheiben aus Lagerstahl mit Sicherungsringen können entfallen.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das abstützende Festrad einstückig mit der Getriebewelle ausgebildet. Dadurch braucht eine axiale Festlegung des Festrades nicht zusätzlich vorgesehen werden und das Festrad leitet die axialen Kräfte unmittelbar in die Getriebewelle weiter. Alternativ zu dieser Anordnung wird das Festrad in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung reibschlüssig auf der Getriebewelle befestigt. Reibschlüssige Befestigungen können in einer vielfältigen Form vorgenommen werden.
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Grundsätzlich ist dem Fachmann zur Befestigung von Zahnrädern auf Wellen bereits eine Vielzahl von Möglichkeiten bekannt. Prinzipiell sind alle Welle-Nabe-Verbindungen dazu geeignet. Unterscheidet man diese Verbindungen zunächst in elementare Welle-Nabe-Verbindungen und kombinierte Welle-Nabe-Verbindungen, so gehören zu den formschlüssigen elementaren Welle-Nabe-Verbindungen die Keilwellenverbindung, die Kerbzahnverbindung, Evolventenprofilverbindung, Polygonprofilverbindung, Passfederverbindung und Stiftverbindung. Zu den kraftschlüssigen elementaren Welle-Nabe-Verbindungen sind Press- oder Schrumpfverbindung, Keilverbindung, Spannringverbindung, Spannscheibenverbindung oder Sternscheibenverbindung zu zählen. Zu stoffschlüssigen elementaren Welle-Nabe-Verbindungen zählen Schweißverbindung, Lötverbindung und Klebverbindung. Zu den kombinierten Welle-Nabe-Verbindungen gehören als nichtstoffschlüssige kombinierte Welle-Nabe-Verbindungen die Press-Rändel-Verbindung und die Presspunktschluss-Verbindung. Weiterhin zählen zu den kombinierten Welle-Nabe-Verbindungen die Press-Kleb-Verbindung, die Press-Löt-Verbindung, die Press-Schweiß-Verbindung und die Löt-Schweiß-Verbindung.
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Zusätzlich können die Zahnräder noch über Stifte in der Getriebewelle fixiert werden. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform ist die Reibfläche an dem Losrad mit einer Reibbeschichtung versehen, deren Reibkoeffizient höher als der Reibkoeffizient von Stahl ist. Eine andere Ausgestaltungsform sieht vor, dass demgegenüber die Reibfläche an dem Festrad eine Reibbeschichtung aufweist, deren Reibkoeffizient höher als der Reibkoeffizient von Stahl ist. Über die Reibkoeffizienten lässt sich die Synchronleistung beeinflussen. Dabei können beide miteinander in Kontakt tretenden Reibflächen an Losrad und benachbartem Festrad eine Reibbeschichtung aufweisen, oder aber nur die eine der beiden Bauteile weist diese Reibbeschichtung auf, während das andere Bauteil lediglich eine in der Form angepasste Oberfläche aus Stahl aufweist. Als Kombinationen der Materialen an den Reibflächen können beispielsweise Stahl /Stahl, Stahl/Molybdän, Stahl/Streusinter oder Stahl/Carbon in Betracht kommen.
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Besonders vorteilhaft ist eine in der Form angepasste Reibfläche an dem Losrad und an dem Festrad konusförmig ausgebildet. Durch angepasste Kegelwinkel des Reibkonus können Synchronleistung und Reibfläche beeinflusst werden unter gleichzeitiger Beibehaltung der Stabilität des Bauteils.
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Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert:
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Es zeigen:
- 1 einen Ausschnitt aus einer Getriebeanordnung
- 2 einen Ausschnitt einer Synchronisiereinrichtung
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Die 1 zeigt einen Ausschnitt aus einer Getriebeanordnung eines Fahrzeuggetriebes 2, das als eine erste Getriebewelle eine Getriebehauptwelle 4 und eine im Wesentlichen parallel dazu angeordnete Vorgelegewelle 6 als eine zweite Getriebewelle aufweist. In dem gezeigten Ausschnitt sind vier Zahnradpaare 8, 10, 12 und 14 gezeigt, die jeweils aus einem Festrad und einem Losrad bestehen. So umfasst das erste Zahnradpaar 8 das auf der Getriebehauptwelle 4 drehfest und axial nicht verschiebbare Festrad 16, das mit dem auf der Vorgelegewelle 6 drehbar angeordneten Losrad 18 kämmend in Zahneingriff steht. Das zweite Zahnradpaar 10 umfasst das auf der Getriebehauptwelle 4 drehfest und axial nicht verschiebbare Festrad 20, das mit dem auf der Vorgelegewelle 6 drehbar angeordneten Losrad 22 kämmend in Zahneingriff steht. Das dritte Zahnradpaar 12 umfasst das auf der Getriebehauptwelle 4 drehbar angeordnete Losrad 24, das mit dem auf der Vorgelegewelle 6 drehfesten und axial nicht verschiebbaren Festrad 26 kämmend in Zahneingriff steht. Das vierte Zahnradpaar 14 umfasst das auf der Getriebehauptwelle 4 drehbar angeordnete Losrad 28, das zur Bildung einer Rückwärtsgangübersetzung zunächst mit dem drehrichtungsumkehrenden Zwischenrad 32 kämmt, das wiederum mit dem auf der Vorgelegewelle 6 drehfesten und axial nicht verschiebbaren Festrad 30 kämmend in Zahneingriff steht.
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Zwischen den beiden Losrädern 24 und 28 auf der Getriebehauptwelle 4 ist eine erste Synchronisiereinrichtung 34 ausgebildet, die wechselweise nach Erzielung von Drehzahlgleich zwischen der Getriebehauptwelle 4 und dem jeweiligen Losrad 24, 28 das Losrad 24 oder das Losrad 28 mit der Getriebehauptwelle 4 drehfest verbindet zur Schaltung einer Übersetzungsstufe, deren Drehmomentfluss über das jeweilige Zahnradpaar 12, 14 von einer nicht gezeigten Antriebsquelle zur Getriebehauptwelle 4 fließt. Auf der Vorgelegewelle 6 ist zwischen den beiden Losrädern 18 und 22 eine zweite Synchronisiereinrichtung 36 ausgebildet, die ebenfalls wechselweise nach Erzielung von Drehzahlgleichheit zwischen der Vorgelegewelle 6 und dem jeweiligen Losrad 18, 22 das Losrad 18 oder das Losrad 22 mit der Vorgelegewelle 6 drehfest verbindet zur Schaltung einer anderen Übersetzungsstufe.
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Obwohl das Losrad 24 und das Festrad 20 auf der Getriebehauptwelle 4 sowie das Losrad 22 und das Festrad 26 auf der Vorgelegewelle 6 in der Darstellung der 1 axial weit auseinanderliegen, so sind die jeweils benachbarten Zahnräder in der Einbausituation im Fahrzeuggetriebe 2 unter Ausnutzung der Raumbedingungen in unmittelbarer räumlicher Nähe zueinander angeordnet, ohne sich jedoch im unabhängigen Betrieb bei unterschiedlichen Drehzahlen gegenseitig zu behindern.
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Wenn jedoch beispielsweise das Losrad 24 durch die Synchronisiereinrichtung 34 mit der Getriebehauptwelle 4 verbunden wird, dann besteht zwischen Losrad 24 und dem benachbarten Festrad 20 nahezu Drehzahlgleichheit. Da das Festrad 20 axial fest auf der Getriebehauptwelle 4 angeordnet ist, kann es eine axiale Bewegung des Losrades 24 in Richtung des Festrades 20 abstützen. Bei dieser Abstützung kann das Losrad 24 sich gegenüber dem Festrad 20 noch leicht weiterdrehen bevor Drehzahlgleichheit zwischen Losrad 24 und Festrad 20 erzielt wird. Bei diesem Verdrehen reiben Losrad 24 und Festrad 20 aneinander und erzeugen ein Moment, das zur Erzielung der Drehzahlgleichheit beiträgt.
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Zwischen dem Losrad 22 und dem Festrad 26 auf der Vorgelegewelle sind die Zusammenhänge entsprechend.
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2 zeigt nun, wie die Ausgestaltung von Losrad 24 und Festrad 20 vorgenommen werden kann, um diese Erzeugung von Reibmoment zu optimieren. Auf der Getriebehauptwelle 4 ist die Synchronisiereinrichtung 34 vorgesehen, die einen Synchronkörper 38 umfasst, der fest auf der Getriebehauptwelle 4 befestigt ist. Radial außen ist auf dem Synchronkörper 38 eine Schiebemuffe 40 vorgesehen, die bei einer Verschiebung in axialer Richtung der Getriebehauptwelle 4 in bekannter Weise mit einer Innenverzahnung 42 zunächst in eine Sperrverzahnung 44 an einem Synchronring 46 und danach bei Drehzahlgleichheit zwischen Getriebehauptwelle 4 und Losrad 24 in eine Kupplungsverzahnung 48 an einem fest mit dem Losrad 24 verbundenen Kupplungskörper 50 eingreift. Bevor die Innenverzahnung 42 der Schiebemuffe 40 durch die Sperrverzahnung 44 geschoben werden kann, übt der axial durch die Schiebemuffe 40 ausgeübte Druck ein Reibmoment zwischen einer konusförmig ausgebildeten Innenreibfläche am Synchronring 46 und einer ebenfalls konusförmig ausgebildeten Außenreibfläche am Kupplungskörper 50 aus, das die Relativdrehzahl zwischen Getriebehauptwelle 4 und Losrad 24 verringert.
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Erfindungsgemäß ist nun auf der dem Kupplungskörper 50 entgegengesetzten Seite des Losrades 24 eine weitere konusförmige Innenreibfläche 52 ausgebildet. Die Innenreibfläche 52 tritt bei der axialen Verschiebung der Schiebemuffe 40 durch eine ebenfalls leichte axiale Verschiebung des Losrades 24 mit einer Außenreibfläche 54 am Festrad 20 in Kontakt und erzeugt ebenfalls ein bremsendes Reibmoment. Die beiden Reibmomente ergänzen sich, so dass die Synchronisiereinrichtung 34 zur Abbremsung des Losrades 24 kleiner gestaltet werden kann. Das Festrad 20 ist auf der Getriebehauptwelle 4 aufgeschrumpft oder aufgeschweißt und kann die Abstützung des Losrades 24 wahrnehmen ohne Gefahr einer unzulässigen Belastung oder eines übermäßigen Verschleißes des Festrades 20. Die Innenreibfläche 52 und die Außenreibfläche 54 können aus dem Herstellungsmaterial von Losrad 24 und Festrad 20 sein. Es können aber auch Beschichtungsmaterialien wie Sinter oder Carbon verwendet werden, bei beispielsweise auch in Form von vorbeschichteten Flächen auf die Reibflächen aufgebracht, beispielsweise aufgeklebt werden können.
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Eine entsprechende Anordnung kann sinngemäß in umgekehrter axialer Ausrichtung auch an der zweiten Synchronisiereinrichtung 36 an der Vorgelegewelle 6 erfolgen.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Fahrzeuggetriebe
- 4
- Getriebehauptwelle
- 6
- Vorgelegewelle
- 8
- Zahnradpaar
- 10
- Zahnradpaar
- 12
- Zahnradpaar
- 14
- Zahnradpaar
- 16
- Festrad
- 18
- Losrad
- 20
- Festrad
- 22
- Losrad
- 24
- Losrad
- 26
- Festrad
- 28
- Losrad
- 30
- Festrad
- 32
- Zwischenrad
- 34
- Synchronisiereinrichtung
- 36
- Synchronisiereinrichtung
- 38
- Synchronkörper
- 40
- Schiebemuffe
- 42
- Innenverzahnung
- 44
- Sperrverzahnung
- 46
- Synchronring
- 48
- Kupplungsverzahnung
- 50
- Kupplungskörper
- 52
- Innenreibfläche
- 54
- Außenreibfläche
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 2714035 C3 [0003, 0009]
- DE 102013226529 A1 [0005]
