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Die Erfindung betrifft ein Synchronisierelement für eine Synchronisiereinrichtung eines Getriebes, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Synchronisiereinrichtung für ein Getriebe, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 8. Außerdem betrifft die Erfindung ein Getriebe für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen.
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Ein solches Synchronisierelement für eine Synchronisiereinrichtung eines Getriebes, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, sowie eine solche Synchronisiereinrichtung für ein Getriebe, insbesondere eines Kraftfahrzeugs wie beispielsweise eines Kraftwagens, sind beispielsweise bereits der
DE 10 2015 206 256 A1 als bekannt zu entnehmen. Dabei weist die Synchronisiereinrichtung wenigstens ein Synchronisierelement auf, welches wiederum wenigstens einen Trägerring aufweist. Der Trägerring weist seinerseits eine Mehrzahl von Durchgangsöffnungen auf, welche in Umfangsrichtung des Trägerrings aufeinanderfolgend beziehungsweise hintereinander angeordnet sind. Außerdem weist das Synchronisierelement eine Mehrzahl von voneinander separaten Reibelementen auf, welche in den jeweiligen Durchgangsöffnungen angeordnet und mittels des Trägerrings in Umfangsrichtung des Trägerrings voneinander beabstandet gehalten sind. Die Reibelemente weisen jeweils eine in radialer Richtung des Trägerrings nach außen weisende konische äußere Reibfläche mit einem äußeren Konuswinkel und ein in radialer Richtung des Trägerrings nach innen weisende konische innere Reibfläche mit einem inneren Konuswinkel auf.
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Des Weiteren offenbart die
DE 10 2009 059 840 A1 eine Reibpaarung für zwei Kupplungselemente, insbesondere in einer Synchronisiereinrichtung in einem Zahnräderwechselgetriebe.
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Aus der
DE 10 2012 021 923 A1 ist ein Reibring für eine Mehrfachsynchronisationseinrichtung eines Getriebes bekannt, mit einem ringförmigen Trägerkern, der eine innere Mantelfläche und eine äußere Mantelfläche aufweist.
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Synchronisierelemente in Synchronisiereinrichtungen beziehungsweise Synchronisationseinrichtungen von Getrieben werden beispielsweise genutzt, um Drehzahldifferenzen zwischen sich um eine gemeinsame Drehachse drehenden Bauelementen wie beispielsweise Wellen zumindest zu verringern oder aufzuheben, um die Bauelemente in der Folge formschlüssig drehfest miteinander verbunden zu können. Die Drehzahldifferenzen werden dabei beispielsweise durch Reibung verringert beziehungsweise aufgehoben, wobei die Reibung beispielsweise durch die zuvor genannten Reibflächen des Synchronisierelements bewirkt wird. Das Verringern beziehungsweise Aufheben der Drehzahldifferenzen wird auch als Synchronisierung bezeichnet.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Synchronisierelement und eine Synchronisiereinrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln sowie ein Getriebe für ein Kraftfahrzeug bereitstellen, sodass sich eine besonders vorteilhafte Synchronisierung in dem Getriebe realisieren lässt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Synchronisierelement mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch eine Synchronisiereinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 sowie durch ein Getriebe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 14 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Synchronisierelement für eine Synchronisiereinrichtung eines Getriebes, insbesondere eines Kraftfahrzeugs und vorzugsweise eines Kraftwagens. Die Synchronisiereinrichtung wird auch als Synchronisationseinrichtung bezeichnet und beispielsweise in dem Getriebe genutzt, um eine Synchronisierung durchzuführen. Im Rahmen der Synchronisierung werden beispielsweise mittels der Synchronisiereinrichtung, insbesondere mittels des Synchronisierelements, Drehzahldifferenzen zwischen wenigstens zwei sich um eine gemeinsame Drehachse drehenden Bauelementen des Getriebes zumindest verringert oder aufgehoben, sodass nach der Verringerung beziehungsweise Aufhebung der Drehzahldifferenzen die Bauelemente, beispielsweise mittels einer Schiebemuffe, formschlüssig drehfest miteinander verbunden werden können, ohne dass es zu einer übermäßigen Belastung des Getriebes und einer übermäßigen Geräuschentwicklung kommt.
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Dabei umfasst das Synchronisierelement wenigstens einen Trägerring, welcher eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung des Trägerrings aufeinanderfolgenden beziehungsweise hintereinander angeordneten Durchgangsöffnungen aufweist. Vorzugsweise ist die jeweilige Durchgangsöffnung in ihrer Umfangsrichtung vollständig umlaufend geschlossen, das heißt durch den Trägerring begrenzt. In den Durchgangsöffnungen sind voneinander separate und mittels des Trägerrings in Umfangsrichtung des Trägerrings voneinander beabstandet gehaltene Reibelemente des Synchronisierelements angeordnet. Beispielsweise sind die Reibelemente voneinander separat hergestellt beziehungsweise ausgebildet und dabei in den jeweiligen Durchgangsöffnungen angeordnet. Ferner ist es denkbar, dass die Reibelemente separat von dem Trägerring ausgebildet beziehungsweise hergestellt sind.
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Die Reibelemente weisen jeweils eine in radialer Richtung des Trägerrings nach außen weisende konische äußere Reibfläche mit einem äußeren Konuswinkel und ein in radialer Richtung des Trägerrings nach innen weisende konische innere Reibfläche mit einem inneren Konuswinkel auf. Dies bedeutet, dass die jeweilige Reibfläche in axialer Richtung des Trägerrings konisch, das heißt kegelförmig verläuft, sodass sich beispielsweise die jeweilige Reibfläche in eine parallel zur axialen Richtung des Trägerrings verlaufende erste Richtung verjüngt und in eine parallel zur axialen Richtung des Trägerrings verlaufende und der ersten Richtung entgegengesetzte zweite Richtung erweitert.
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Um nun eine besonders vorteilhafte Synchronisierung realisieren zu können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass sich der jeweilige innere Konuswinkel von dem jeweiligen äußeren Konuswinkel des jeweiligen Reibelements um mehr als 1 Grad unterscheidet. Mit anderen Worten ist das jeweilige Reibelement gezielt derart hergestellt, dass sich der jeweilige innere Konuswinkel von dem jeweiligen äußeren Konuswinkel gezielt beziehungsweise beabsichtigt unterscheidet, insbesondere um mehr als 1 Grad, sodass die jeweiligen Reibflächen des jeweiligen Reibelements nicht etwa parallel zueinander verlaufen, sondem gezielt voneinander unterschiedliche Konuswinkel aufweisen.
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Hintergrund der Erfindung ist, dass die Synchronisierung in dem Getriebe durch Reibung erfolgt, welche mittels der jeweiligen äußeren Reibflächen und/oder der jeweiligen inneren Reibflächen und somit mittels des äußeren Konuswinkels und/oder mittels des inneren Konuswinkels bewirkt wird. Je geringer dabei der jeweilige Konuswinkel einer Synchronisierung ist, desto größer ist die übertragbare Reibleistung. Üblicherweise ist dabei jedoch ein bestimmtes Mindestmaß des jeweiligen Konuswinkels vorzusehen, um, nach dem Synchronisieren, ein einwandfreies beziehungsweise definiertes und gewünschtes Lösen von jeweiligen Reibpaaren zu ermöglichen und so eine Selbsthemmung zu verhindern. Im Rahmen des Synchronisierens beziehungsweise der Synchronisierung kommen beispielsweise die äußeren Reibflächen und/oder die inneren Reibflächen in Kontakt, insbesondere in Reibkontakt, mit wenigstens einem korrespondierenden Bauteil, sodass die Reibelemente mit dem jeweiligen Bauteil ein jeweiliges Reibpaar bilden. Durch Vorsehen des genannten Mindestmaßes kann dieses Reibpaar nach dem Synchronisieren gelöst werden, ohne dass es zu einer Selbsthemmung kommt.
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Durch den Einsatz der mehreren, auch als Reibsegmente bezeichneten Reibelemente kann sichergestellt werden, dass sich die jeweiligen Reibpaare nach dem Synchronisieren im Vergleich zum Stand der Technik leichter und somit definierter lösen. Dadurch kann beispielsweise zumindest einer der Konuswinkel besonders gering gehalten werden, sodass eine besonders hohe übertragbare Reibleistung dargestellt werden kann.
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Üblicherweise kommt insbesondere in unteren Gängen wie beispielsweise in dem ersten Gang und in dem zweiten Gang eines Getriebes eine Mehrkonus-Synchronisierung, insbesondere eine Dreifachkonus-Synchronisierung, zum Einsatz, wobei hierzu ein äußerer Synchronring, ein Zwischenring, ein Innenring und ein Reibkonus zum Einsatz kommen. Im Gegensatz dazu kann mittels des erfindungsgemäßen Synchronisierelements die Teileanzahl besonders gering gehalten werden, sodass auch das Gewicht, der Bauraumbedarf und die Kosten des Synchronisierelements und somit der Synchronisiereinrichtung in einem besonders geringen Rahmen gehalten werden können. Gleichzeitig kann eine besonders hohe Reibleistung zum Synchronisieren realisiert werden, sodass sich eine besonders belastungsarme, geräuscharme und somit komfortable Synchronisation realisieren lässt.
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Die voneinander separaten und insbesondere voneinander beabstandeten und daher auch als Reibsegmente bezeichneten Reibelemente können in beliebiger Anzahl und in beliebiger Verteilung in Umfangsrichtung des Trägerrings, insbesondere über dessen beziehungsweise an dessen Umfang, angeordnet sein, wobei die Reibelemente, insbesondere ihre jeweiligen Reibflächen, in Summe jeweilige Reibkonen zur Synchronisierung bilden. Durch die Differenz der Konuswinkel kann einerseits eine hohe Reibleistung realisiert werden. Andererseits kann ein sicheres Lösen von jeweiligen Reibpaaren nach dem Synchronisieren gewährleistet werden. Da die äußeren Reibflächen in radialer Richtung des Trägerrings nach außen weisen, sind die äußeren Reibflächen an einer Außenseite der Reibelemente beziehungsweise des Trägerrings angeordnet, während die inneren Reibflächen an einer Innenseite des Trägerrings beziehungsweise Reibelemente angeordnet sind, da die Innenreibflächen in radialer Richtung des Trägerrings beziehungsweise der Reibelemente nach innen weisen.
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Überraschenderweise wurde gefunden, dass sich insbesondere dadurch einerseits eine besonders hohe Reibleistung darstellen und andererseits ein sicheres Lösen von Reibpaaren realisieren lässt, dass sich der jeweilige innere Konuswinkel von dem jeweiligen äußeren Konuswinkel des jeweiligen Reibelements um mehr als 2 Grad, insbesondere um mehr als 2,5 Grad, unterscheidet.
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Um eine besonders vorteilhafte Synchronisierung sicherstellen zu können, hat es sich als ferner vorteilhaft gezeigt, wenn sich der jeweilige innere Konuswinkel von dem jeweiligen äußeren Konuswinkel des jeweiligen Reibelements um höchstens 10 Grad, insbesondere um höchstens 5 Grad, unterscheidet.
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Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der innere Konuswinkel kleiner als der äußere Konuswinkel des jeweiligen Reibelements ist. Dieser Ausführungsform liegt die Idee zugrunde, den inneren Konuswinkel zur Übertragung eines hohen Synchronmoments klein auszulegen, um eine besonders hohe Reibleistung darzustellen. Insbesondere ist der innere Konuswinkel derart ausgelegt, dass bei der Synchronisierung, insbesondere zwischen den inneren Reibflächen und einem korrespondierenden Bauteil, Selbsthemmung auftritt. Um eine die Reibelemente und das genannte Bauteil umfassende Reibpaarung sicher lösen zu können, ist insbesondere der äußere Konuswinkel besonders groß ausgestaltet, um insbesondere Selbsthemmung zu vermeiden.
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Eine besonders vorteilhafte Synchronisierung lässt sich dadurch realisieren, dass das jeweilige Reibelement an dem Trägerring mit einem Radialspiel gehalten ist, um welches das jeweilige Reibelement zumindest in radialer Richtung des Trägerrings relativ zu dem Trägerring bewegbar ist. Mit anderen Worten ist das jeweilige Reibelement an dem auch als Zwischenring bezeichneten Trägerring gehalten und dabei mit einem Radialspiel behaftet, welches dem Lösen der Reibelemente von dem zuvor genannten Bauteil, insbesondere von einem Gegenkonus des Bauteils, nach dem Synchronisieren, insbesondere nach einem Entsperren der Synchronisierung, dient. Insbesondere können sich die Reibelemente beispielsweise, insbesondere in radialer Richtung des Trägerrings, relativ zueinander bewegen. Unter dem Radialspiel und der Bewegbarkeit der Reibelemente ist insbesondere zu verstehen, dass die Reibelemente in gewissen Grenzen beziehungsweise bis zu einem gewissen Grad relativ zu dem Trägerring in dessen radiale Richtung bewegt werden können, um dadurch ein sicheres Lösen von Reibpaaren zu gewährleisten.
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Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die jeweilige äußere Reibfläche und/oder die jeweilige innere Reibfläche in axialer Richtung und/oder in Umfangsrichtung des Trägerrings gekrümmt ist. Mit anderen Worten ist die jeweilige Reibfläche eine Reiboberfläche, welche beispielsweise beliebig gekrümmt ausgeführt sein kann. Hierdurch kann eine besonders vorteilhafte Synchronisierung realisiert werden.
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Der auch als Zwischenring bezeichnete Trägerring ist beispielsweise aus einem Stahl gebildet, kann jedoch alternativ aus anderen Materialien hergestellt sein.
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Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn der Trägerring und das jeweilige Reibelement aus voneinander unterschiedlichen Werkstoffen gebildet sind. Hierdurch kann eine besonders vorteilhafte Synchronisierung dargestellt werden.
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Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Synchronisiereinrichtung für ein Getriebe, insbesondere eines Kraftfahrzeugs wie beispielsweise eines Kraftwagens. Die Synchronisiereinrichtung weist zumindest ein Synchronisierelement, insbesondere zumindest ein erfindungsgemäßes Synchronisierelement gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, auf, wobei das zumindest eine Synchronisierelement wenigstens einen Trägerring mit einer Mehrzahl von in Umfangsrichtung des Trägerrings aufeinanderfolgenden Durchgangsöffnungen aufweist. In den Durchgangsöffnungen sind voneinander separate und mittels des Trägerrings in dessen Umfangsrichtung voneinander beabstandet gehaltene Reibelemente angeordnet, die jeweils ein in radialer Richtung des Trägerrings nach außen weisende konische äußere Reibfläche mit einem äußeren Konuswinkel und ein in radialer Richtung des Trägerrings nach innen weisende konische innere Reibfläche mit einem inneren Konuswinkel aufweisen.
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Um nun eine besonders vorteilhafte Synchronisierung realisieren zu können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass sich der jeweilige innere Konuswinkel von dem jeweiligen äußeren Konuswinkel des jeweiligen Reibelements gezielt um mehr als 1 Grad unterscheidet. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
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Um eine besonders vorteilhafte Synchronisierung und in der Folge beispielsweise eine besonders vorteilhafte formschlüssige Kopplung von Bauelementen des Getriebes realisieren zu können, weist die Synchronisiereinrichtung beispielsweise wenigstens einen Synchronring auf, welchem der Trägerring zugeordnet ist.
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Dabei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass der Trägerring und der Synchronring koaxial zueinander angeordnet und drehfest miteinander verbunden sind.
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Um dabei auf einfache Weise auch besonders hohe Drehmomente übertragen und eine besonders vorteilhafte Synchronisierung realisieren zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der Synchronring und der Trägerring formschlüssig und dadurch drehfest miteinander verbunden sind. Insbesondere sind der Synchronring und der Trägerring beispielsweise miteinander verklipst beziehungsweise miteinander verrastet und dadurch formschlüssig drehfest miteinander verbunden. Insbesondere ist es denkbar, dass der Synchronring und der Trägerring reversibel lösbar formschlüssig und dadurch drehfest miteinander verbunden sind, sodass beispielsweise die drehfeste Verbindung des Synchronrings mit dem Trägerring zerstörungsfrei gelöst werden kann. Hierdurch kann beispielsweise die Synchronisiereinrichtung auf besonders einfache Weise gewartet werden.
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Zur Realisierung einer besonders vorteilhaften Synchronisierung hat es sich insbesondere als vorteilhaft gezeigt, wenn der Synchronring wenigstens eine mit den äußeren Reibflächen korrespondierende konische Innenumfangsfläche, das heißt innenumfangsseitige Mantelfläche, aufweist, welche in Kontakt mit den äußeren Reibflächen bringbar ist oder die äußeren Reibflächen kontaktiert, das heißt berührt.
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Schließlich hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn zumindest ein jeweiliger Längenbereich des Trägerrings und der jeweiligen Reibelemente in dem Synchronring angeordnet ist. Mit anderen Worten ist der Synchronring auf zumindest einem jeweiligen Längenbereich des Trägerrings und der jeweiligen Reibelemente angeordnet, wodurch insbesondere der axiale Bauraumbedarf besonders gering gehalten werden kann bei gleichzeitiger Realisierung einer vorteilhaften Synchronisierung.
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Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Getriebe für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen wie beispielsweise einen Personenkraftwagen. Das Getriebe weist dabei wenigstens ein erfindungsgemäßes Synchronisierelement und/oder wenigstens eine erfindungsgemäße Synchronisiereinrichtung auf. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung und des zweiten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des dritten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
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Im Folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt die einzige Figur eine schematische Explosionsansicht einer erfindungsgemäßen Synchronisiereinrichtung für ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Kraftwagens.
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Bei dem im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Bei dem Ausführungsbeispiel stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsform jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren ist die beschriebene Ausführungsform auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
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Die einzige Figur zeigt in einer schematischen Explosionsansicht eine Synchronisiereinrichtung 10 für ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Kraftwagens wie beispielsweise eines Personenkraftwagens. In fertig hergestelltem Zustand des Kraftfahrzeugs ist das Getriebe beispielsweise Bestandteil eines Antriebsstrangs, mittels welchem das Kraftfahrzeug antreibbar ist. Hierzu umfasst der Antriebsstrang das Getriebe, wenigstens einen beispielsweise als Verbrennungskraftmaschine ausgebildeten Antriebsmotor und wenigstens ein Rad, welches über das Getriebe von dem Antriebsmotor antreibbar ist. Das Getriebe weist beispielsweise eine Mehrzahl von Übersetzungsstufen auf, welche sich in ihren jeweiligen Übersetzungen voneinander unterscheiden. Die Übersetzungsstufen sind beispielsweise Gänge und/oder schaltbar, das heißt aktivierbar und deaktivierbar. Während eines Betriebs des Antriebsstrangs wird das Rad beispielsweise über die jeweils aktivierte Übersetzungsstufe angetrieben, während ein Antreiben des Rads über die jeweilige deaktivierte Übersetzungsstufe unterbleibt.
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Das Getriebe umfasst wenigstens eine in der Figur nicht erkennbare Welle, welche um eine Drehachse drehbar ist. Das Getriebe umfasst ferner beispielsweise einen in der Figur nicht dargestellten Synchronkörper, welcher beispielsweise drehfest mit der Welle verbunden ist. Außerdem umfasst das Getriebe wenigstens eine auf dem Synchronkörper angeordnete und drehfest mit dem Synchronkörper verbundene Schiebemuffe, welche in axialer Richtung der Welle und somit entlang der Drehachse relativ zu dem Synchronkörper und relativ zu der Welle verschiebbar ist. Des Weiteren umfasst das Getriebe wenigstens ein Schaltrad 12, welches beispielsweise Bestandteil der Synchronisiereinrichtung 10 ist. Das Schaltrad 12 wird auch als Gangrad bezeichnet und ist beispielsweise ein Losrad, welches drehbar auf der Welle angeordnet ist.
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Die Schiebemuffe ist dabei zwischen wenigstens einer Koppelstellung und wenigstens einer Entkoppelstellung in axialer Richtung der Welle relativ zu dem Synchronkörper, relativ zu der Welle und relativ zu dem Schaltrad 12 verschiebbar. In der Entkoppelstellung ist das Schaltrad 12 von der Welle entkoppelt, sodass sich die Welle um die Drehachse relativ zu dem Schaltrad 12 drehen kann beziehungsweise umgekehrt. In der Koppelstellung jedoch ist das Schaltrad 12 mittels der Schiebemuffe, insbesondere über den Synchronkörper, formschlüssig drehfest mit der Welle verbunden, sodass sich dann beispielsweise die Welle und das Schaltrad 12 gemeinsam um die gemeinsame Drehachse drehen. Somit können in der Koppelstellung Drehmomente zwischen dem Schaltrad 12 und der Welle über die Schiebemuffe übertragen werden, während in der Entkoppelstellung keine Drehmomente über die Schiebemuffe zwischen der Welle und dem Schaltrad 12 übertragen werden können.
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Um das Schaltrad 12 über die Schiebemuffe mit der Welle formschlüssig drehfest verbinden zu können, weist das Schaltrad 12 eine Schaltverzahnung 14 auf, mit welcher die Schiebemuffe formschlüssig verbindbar ist. In der Folge ist das Schaltrad 12 formschlüssig drehfest mit der Schiebemuffe verbunden. Außerdem weist das als Zahnrad, insbesondere als Stirnrad, ausgebildete Schaltrad 12 eine Verzahnung 16 in Form einer Außenverzahnung auf, über welche das Schaltrad 12 mit einem weiteren korrespondierenden Zahnrad kämmen kann beziehungsweise kämmt.
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Die Synchronisiereinrichtung 10 umfasst ferner wenigstens einen Synchronring 18, dessen grundsätzliche Funktion aus dem allgemeinen Stand der Technik, insbesondere aus herkömmlichen Synchronisierungen beziehungsweise Synchronisiereinrichtungen oder Synchronisationseinrichtungen, bekannt ist. Der Synchronring 18 ist beispielsweise mit der Schiebemuffe beziehungsweise mit dem Synchronkörper mitdrehbar, kann jedoch, insbesondere in gewissen beziehungsweise vorgebbaren Grenzen, relativ zu der Schiebemuffe und relativ zu dem Synchronkörper verdreht werden, insbesondere um die Drehachse. Somit ist der Synchronring 18 beispielsweise auf der Welle angeordnet, wobei der Synchronring 18 insbesondere koaxial zu dem Schaltrad 12 angeordnet ist.
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Der Synchronring 18 weist eine Sperrverzahnung 20 auf, welche dann, wenn eine Drehzahldifferenz beziehungsweise eine Differenzdrehzahl zwischen der Schiebemuffe und dem Schaltrad 12 existiert beziehungsweise einen Schwellenwert überschreitet, ein Durchschalten der Schiebemuffe, das heißt eine axiale Verschiebung der Schiebemuffe in ein formschlüssiges Zusammenwirken mit der Schaltverzahnung 14 verhindert.
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Im Rahmen einer Synchronisierung beziehungsweise einer Synchronisation werden etwaige Drehzahldifferenzen zwischen der Schiebemuffe und dem Schaltrad 12 und somit zwischen der Welle und dem Schaltrad 12 aufgehoben, was im Folgenden noch genauer erläutert wird. Nach Aufhebung der Drehzahldifferenzen kann die Schiebemuffe den Synchronring 18 um die Drehachse relativ zu dem Synchronkörper und relativ zum Schaltrad 12 zurückdrehen, sodass dann die Schiebemuffe durchgeschaltet werden kann. Im Rahmen dieses Durchschaltens kann die Schiebemuffe in axialer Richtung der Welle, das heißt entlang der Drehachse der Welle relativ zu dem Synchronring 18 und relativ zu dem Schaltrad 12 in Richtung des Schaltrads 12, insbesondere in Richtung der Schaltverzahnung 14, geschoben und dadurch in ein formschlüssiges Zusammenwirken mit der Schaltverzahnung 14 gebracht beziehungsweise bewegt werden.
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Existieren jedoch noch Drehzahldifferenzen zwischen der Schiebemuffe und dem Schaltrad 12 beziehungsweise übersteigt eine solche Drehzahldifferenz den Schwellenwert, so verhindert der Synchronring 18 mittels seiner Sperrverzahnung 20 das beschriebene Durchschalten der Schiebemuffe, insbesondere solange, bis die Drehzahldifferenz aufgehoben ist beziehungsweise den Schwellenwert unterschreitet.
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Um nun eine besonders vorteilhafte und insbesondere belastungsarme und geräuscharme und somit komfortable Synchronisierung realisieren zu können, umfasst die Synchronisiereinrichtung 10 wenigstens ein Synchronisierelement 22, mittels welchem insbesondere Reibung bewirkt werden kann, um mittels der Reibung die Synchronisierung zu bewirken, das heißt die Drehzahldifferenzen zwischen der Schiebemuffe und dem Schaltrad 12 zu verringern beziehungsweise aufzuheben. Das Synchronisierelement 22 umfasst einen Trägerring 24, welcher beispielsweise auch als Zwischenring bezeichnet wird und eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung des Trägerrings 24 aufeinanderfolgenden beziehungsweise hintereinander angeordneten Durchgangsöffnungen 26 aufweist. Die Durchgangsöffnungen durchdringen den Trägerring 24 in dessen radialer Richtung vollständig und sind jeweilige Taschen, in welchen voneinander separate Reibelemente 28 des Synchronisierelements 22 angeordnet sind. Die Reibelemente 28 sind in Umfangsrichtung des Trägerrings 24 voneinander beabstandet und separat und werden daher auch als Reibsegmente bezeichnet. Dabei ist in der Figur die Umfangsrichtung des Trägerrings 24 durch einen Doppelpfeil 30 veranschaulicht. Ferner veranschaulicht in der Figur ein Doppelpfeil 32 die axiale Richtung des Trägerrings 24 und somit des Synchronisierelements 22 insgesamt, wobei die axiale Richtung des Trägerrings 24 mit der axialen Richtung der Welle und somit mit der genannten Drehachse zusammenfällt.
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Die voneinander separaten Reibelemente 28 sind mittels des Trägerrings 24 in Umfangsrichtung des Trägerrings 24 voneinander beabstandet gehalten, sodass der Trägerring 24 wie ein Käfig beziehungsweise ein Lagerkäfig eines Wälzkörpers, beispielsweise eines Nadellagers, fungiert. Mit anderen Worten ist das Synchronisierelement 22 beispielsweise nach Art eines Wälzlagers, insbesondere eines Nadellagers, ausgebildet, wobei beispielsweise die Reibelemente 28 wie Wälzkörper, insbesondere Nadeln, von Wälzlagern in den Durchgangsöffnungen 26 des als Käfig fungierenden Trägerrings 24 angeordnet sind und in Umfangsrichtung des Trägerrings 24 in einem gegenseitigen Abstand mittels des Trägerrings 24 gehalten werden. Insbesondere sind die Reibelemente 28 an dem Trägerring 24 gehalten. Mit anderen Worten, wie die Wälzkörper bei einem Wälzlager mittels eines Lagerkäfigs des Wälzlagers in Umfangsrichtung des Wälzlagers voneinander beabstandet gehalten werden, werden die Reibelemente 28 bei dem Synchronisierelement 22 mittels des Trägerrings 24 in Umfangsrichtung voneinander beabstandet gehalten.
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Das jeweilige Reibelement 28 weist eine in radialer Richtung des Trägerrings 24 nach außen weisende konische äußere Reibfläche 34 und jeweils eine in radialer Richtung des Trägerrings 24 nach innen weisende konische innere Reibfläche 36 auf. Dabei verläuft die radiale Richtung des Trägerrings 24 senkrecht zur axialen Richtung, wobei die radiale Richtung des Trägerrings 24 durch einen Doppelpfeil 38 veranschaulicht ist. Die jeweilige äußere Reibfläche 34 weist einen äußeren Konuswinkel auf, wobei die jeweilige innere Reibfläche 36 einen inneren Konuswinkel aufweist. Vorzugsweise sind die jeweiligen äußeren Konuswinkel gleich, wobei vorzugsweise alternativ oder zusätzlich die jeweiligen inneren Konuswinkel gleich sind.
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Um nun eine besonders vorteilhafte Synchronisierung realisieren zu können, ist es vorgesehen, dass sich der jeweilige innere Konuswinkel von dem jeweiligen äußeren Konuswinkel des jeweiligen Reibelements 28 um mehr als 1 Grad, insbesondere um mehr als 2 Grad und vorzugsweise um mehr als 2,5 Grad, unterscheidet, wobei es vorzugsweise vorgesehen ist, dass sich der jeweilige innere Konuswinkel von dem jeweiligen äußeren Konuswinkel des jeweiligen Reibelements um höchstens 10 Grad, insbesondere um höchstens 5 Grad, unterscheidet. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass sich der jeweilige äußere Konuswinkel von dem jeweiligen inneren Konuswinkel des jeweiligen Reibelements 28 um einen Wert unterscheidet, welcher in einem Bereich von einschließlich 2 Grad bis einschließlich 4 Grad liegt. Ferner ist vorzugsweise vorgesehen, dass der innere Konuswinkel kleiner als der äußere Konuswinkel ist.
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Ferner ist es bei der Synchronisiereinrichtung vorgesehen, dass der Synchronring 18 und das Synchronisierelement 22 beziehungsweise der Trägerring 24 koaxial zueinander angeordnet und drehfest miteinander verbunden sind. Außerdem ist es vorzugsweise vorgesehen, dass das jeweilige Reibelement 28 an dem Trägerring 24 mit einem Radialspiel gehalten ist, sodass das jeweilige Reibelement 28 um das Radialspiel zumindest in radialer Richtung des Trägerrings 24 relativ zu dem Trägerring 24 bewegbar ist. Zumindest ein Längenbereich des Synchronisierelements 22 ist beispielsweise in dem Synchronring 18 aufgenommen. Dabei weist beispielsweise der Synchronring 18 eine mit den äußeren Reibflächen 34 korrespondierende konische Innenumfangsfläche 40 auf, welche somit eine konische innenumfangsseitige Mantelfläche des Synchronrings 18 ist. Dabei kontaktiert beispielsweise die Innenumfangsfläche 40 die jeweiligen äußeren Reibflächen 34. Ferner ist es denkbar, dass die Innenumfangsfläche 40, insbesondere bei dem Synchronisieren, in Kontakt mit den äußeren Reibflächen 34 bringbar, das heißt bewegbar ist.
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An dem Schaltrad 12 ist ein Reibkonus 42 vorgesehen, welcher eine konische Außenumfangsfläche 44 aufweist. Mit anderen Worten ist die konische Außenumfangsfläche 44 eine konische außenumfangsseitige Mantelfläche des Reibkonus 42. Im Rahmen der Synchronisierung wird beispielsweise der Synchronring 18 und insbesondere mit diesem das Synchronisierelement 22 in axialer Richtung der Welle relativ zu dieser bewegt und dabei in Richtung des Schaltrads 12, insbesondere des Reibkonus 42, bewegt. Hierdurch werden die inneren Reibflächen 36 gegen die Außenumfangsfläche 44 gedrückt, sodass sich zwischen den Reibelementen 28 und dem Reibkonus 42 und somit zwischen dem Schaltrad 12 und dem Synchronisierelement 22 eine Reibung aufbaut. Mittels dieser Reibung erfolgt die Synchronisierung, wodurch etwaige Drehzahldifferenzen zwischen dem Schaltrad 12 und der Welle verringert beziehungsweise aufgehoben werden. Im Rahmen der Synchronisierung bilden somit die Reibelemente 28 und der Reibkonus 42 wenigstens ein Reibpaar, welches auch als Reibpaarung bezeichnet wird. Mittels des Reibpaares werden etwaige Drehzahldifferenzen zwischen dem Schaltrad 12 und der Welle aufgehoben, woraufhin die Schaltmuffe durchgeschaltet werden kann.
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Durch die hohe Anzahl der auch als Reibsegmente bezeichneten Reibelemente 28 und durch den Unterschied der Konuswinkel, insbesondere dadurch, dass der innere Konuswinkel kleiner als der äußere Konuswinkel ist, löst sich das genannte Reibpaar nach dem Synchronisieren besonders leicht, sodass eine unerwünschte Selbsthemmung vermieden werden kann. Dadurch ist es möglich, den inneren Konuswinkel besonders gering auszugestalten, wodurch eine besonders hohe übertragbare Reibleistung dargestellt werden kann. In der Folge kann die Reibung zur Synchronisierung besonders hoch ausgestaltet werden, sodass die Synchronisierung besonders belastungs- und geräuscharm und somit besonders komfortabel erfolgen kann.
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Mit anderen Worten ist der jeweilige innere Konuswinkel zur Übertragung eines hohen Synchronmoments klein ausgelegt, während beispielsweise der jeweilige äußere Konuswinkel zur Vermeidung von Selbsthemmung besonders groß ausgestaltet ist. Das Radialspiel dient dem Lösen der Reibsegmente von dem als Gegenkonus fungierenden Reibkonus 42 zum Synchronisieren beziehungsweise nach deren Entsperrung.
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Beispielsweise ist der Trägerring 24 beziehungsweise das Synchronisierelement 22 formschlüssig und dadurch drehfest mit dem Synchronring 18 verbunden, wobei vorgesehen sein kann, dass der Trägerring 24 beziehungsweise das Synchronisierelement 22 mit dem Synchronring 18 verrastet beziehungsweise verklipst ist. Hierdurch ist der Synchronring 18 mit dem Trägerring 24 beziehungsweise mit dem Synchronisierelement 22 drehfest verbunden.
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Ferner ist es durch den Einsatz des Synchronisierelements 22 im Vergleich zu herkömmlichen, Mehrkonus-Synchronisierungen möglich, die Teileanzahl und somit die Kosten und das Gewicht besonders gering halten zu können bei gleichzeitiger Realisierung einer besonders vorteilhaften Synchronisierung.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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