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Die Erfindung betrifft eine Synchronisierung eines Fahrzeuggetriebes mit einer Schaltmuffe, einem Schaltmuffenträger und einem zwischen der Schaltmuffe und dem Schaltmuffenträger angeordneten Arretierelement. Das Arretierelement weist einen Deckel mit einer Rastkontur auf, der in einer in der Schaltmuffe oder in dem Schaltmuffenträger angeordneten Rastvertiefung verrastbar ist, sowie ein Bodenteil, zu dem der Deckel relativ beweglich ist, und eine Feder, die den Deckel gegen das Bodenteil vorspannt.
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Hintergrund der Erfindung
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Synchronisierungen sind in Schaltkupplungen von Getrieben für das drehfeste Verbinden von Gangrädern mit einer Getriebewelle vorgesehen. Eine Schaltmuffe ist mittels eines Arretierelements auf einem Schaltmuffenträger zumeist in einer neutralen Position gehalten. In dieser Stellposition sind üblicherweise gegen die Schaltmuffe drei bis vier am Umfang des Schaltmuffenträgers angeordnete und an dem Schaltmuffenträger gehaltene Arretierelemente vorgespannt. Dazu stützen sich die Arretierelemente an dem Schaltmuffenträger ab und greifen in Rastvertiefungen an der Schaltmuffe.
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Weiterhin dienen Arretierelemente in als Synchronkupplung ausgebildeten Schaltkupplungen auch als Druckstücke. Die Druckstücke sitzen längsverschiebbar in einem Schaltmuffenträger. Die in dieser Anwendung eingesetzten Arretierelemente bzw. Kombinationen aus Arretierelemente und Druckstücken sind relativ einfach gestaltet und unter anderem auch durch blattfederartige bzw. bügelartige flache Federelemente gebildet. Diese lassen eine geringe Bauhöhe zu. Der Schaltmuffenträger ist mit Aufnahmen geringer radialer Tiefe für diese Arretierungen versehen. Die Stabilität des Trägers, insbesondere die Steifigkeit seiner Körperstruktur ist aufgrund der Ausnehmungen geringer Tiefe nur relativ geringfügig nachteilig beeinflusst.
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Ein Arretierelement in Form eines Druckstücks ist in
DE 102 25 269 A1 beschrieben. Ein Grundkörper des Arretierelements aus Blech ist schalenförmig mit einem quer zur Druckrichtung ausgerichteten Bodenteilteil und Wänden ausgebildet, wobei der Grundkörper durch einen in Druckrichtung gegenüberliegende Deckel abgedeckt ist. Der Deckel ist zu dem Grundkörper in Druckrichtung längs begrenzt beweglich an dem Grundkörper gehalten, wobei der Rand des Deckels über den Grundkörper gestülpt ist. Ein bügelartiges Federelement ist von dem Grundkörper und dem Deckel eingekapselt und gegen diese vorgespannt. Das Arretierelement baut relativ hoch, so dass der Schaltmuffenträger mit größeren Aufnahmen für die Arretierelemente versehen werden und damit geschwächt werden muss.
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Das Arretierelement nach
DE 10 2005 018 899 A1 baut flacher und führt damit zu einer höheren Tragfähigkeit des Schaltmuffenträgers. Allerdings kann das Arretierelement, insbesondere wenn diese auch als Druckstück eingesetzt ist, bei schräg eingeleiteten Kräften in seinem Grundkörper verkippen. Beim Verkippen ist der Deckel durch den Grundkörper abgestützt, was einen entsprechend breiten Grundkörper erfordert und entsprechend Bauraum fordert. Ohne die Abstützung im Grundkörper wäre das Arretierelement nicht ausreichend gegen ein Verkippen des Deckels geschützt.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Synchronisierung zu schaffen, die auch gegenüber schräg eingeleiteten Kräften robust ist und eine hohe Drehmomentübertragung erlaubt.
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Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Synchronisierung dadurch gelöst, dass die Rastnut einen Nutgrund sowie axial an den Nutgrund anschließende Nutwände aufweist, wobei der Deckel im verrasteten, von externen Kräften unbelasteten Zustand mit beiden Nutwänden jeweils durch einen Linien- oder Flächenkontakt verbunden ist.
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Im Stand der Technik stützen sich in der Regel eine Kugelkalotte oder eine Kugel als ein Rastelement in einer U-profilförmigen Rastkontur ab, wobei das Rastelement einen Kugelradius aufweist, der von Teilkreisradien, die die Rastkontur aufweist abweicht. Ein so verrastetes Arretierelement lässt sich ohne merkliches Hakeln auslegen, weist aber auch den Nachteil auf, dass das Rastelement und die Rastkontur nur in einem Punktkontakt stehen. Bei schräg eingeleiteten Schaltkräften ist daher nicht sichergestellt, dass der Deckel sich allein radial bewegt, sondern er neigt zum Kippen, was den Verschleiß befördert.
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Bei der vorgeschlagenen Synchronisierung steht der Deckel des Arretierelements in der Neutralstellung mit mindestens zwei verschiedenen Rastflächen der Rastkontur in einem Flächenkontakt. Die zwei verschiedenen Rastflächen sind zur Radialrichtung unterschiedlich gewinkelt; sie sind vorzugsweise so zueinander ausgerichtet, dass der Winkel zur Radialachse dem Betrage nach gleich ist und sich nur im Vorzeichen unterscheiden. Wirkt eine Kraft schräg auf den Deckel ein, ist die Resultierende damit eine Radialbewegung und die Abstützung erfolgt über die gesamte Rastfläche. Ein Verkippen wird aufgrund der flächigen Abstützung in der Rastkontur vermieden. Damit ist auch keine Kapselung des Deckels in einem Grundkörper erforderlich.
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Weiterhin vorteilhaft ist, dass durch die flächige Abstützung eine Schädigung des Deckels an der gegebenenfalls als eine scharfkantige Riegelnut ausgebildeten Rastkontur vermieden wird.
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In einer Ausführungsform sind die Rastflächen als jeweils schräg in Axialrichtung gerichtete, ebene Rampen ausgebildet. Alternativ handelt es sich bei den Rastflächen um Flächen konstanter Krümmung, deren Krümmung zumindest so stückweise mit der Krümmung des Deckels übereinstimmt, dass durch die komplementären Krümmungen ein Flächenkontakt entsteht.
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Um ein leichtes Auslegen des Arretierelements zu ermöglichen, ist in einer weiteren Ausführung vorgesehen, dass die Rastkontur zwischen den Rastflächen eine Radialfläche aufweist, die im verrasteten Zustand des Arretierelements nicht im Kontakt mit dem Deckel steht. Durch das Beschränken der Deckelführung auf die schräg gerichteten Rastflächen wird einerseits ein radiales Einfedern sichergestellt, wobei das Arretierelement dennoch leicht aus der Rastposition auslenkbar ist.
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In einer weiteren Ausführungsform weist der Deckel Stirnwände auf, welche in Axialrichtung stirnseitig am Deckel angeordnet sind. Mit den Stirnwänden sind Synchronringe axial verschiebbar, so dass über diese der Vorsynchronisationsprozess eingeleitet werden kann.
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In einer nächsten Ausbildungsform schließen sich stirnseitig an die Rastflächen des Arretierelements Radialflächen an. Die Radialflächen sind im in der Neutralstellung verrasteten und ansonsten unbelasteten Zustand von der Verzahnung des Gegenbauteils beabstandet. Nachdem der Deckel eingefedert ist, kann dieser sich über die Radialflächen gegebenenfalls am Gegenbauteil abstützen.
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Alternativ oder zusätzlich stützt sich der Deckel unter Einwirkung einer schräg zur Druckrichtung der Feder wirkenden Kraft am Bodenteilteil über einen verrundeten Abschnitt ab. Das Abstützen über einen Radius vermeidet ein Verklemmen oder Verkanten des Deckels am Bodenteilteil. Insbesondere ist ein Verkanten entlang einer Körperkante am Bodenteil ausgeschlossen. Der Verschleiß an dem Deckel und an dem Bodenteil ist damit herabgesetzt.
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Besonders wirkungsvoll wird ein Verkanten verhindert, wenn sich der Deckel unter vorgegebener Kraftrichtung bei maximaler Einfederung an mehreren verrundeten Abschnitten abstützt, die in Einfederungsrichtung zueinander versetzt sind und damit mehrere, zueinander versetzte Linienkontakte gleichzeitig ein weiteres Einfedern verhindern.
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Der verrundete Abschnitt erstreckt sich vorzugsweise über einen so großen Winkel, dass unabhängig von der Kraftrichtung, die auf den Deckel einwirkt, stets sichergestellt ist, dass der Deckel am Bodenteilteil über einen Teil des verrundeten Abschnitts abgestützt ist.
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Der Deckel des Arretierelements ist besonders einfach umformtechnisch herstellbar. Ist dieser aus Blech ausgebildet, kann dieser durch Biegen oder Bördeln aus der Ebene des Bodenteils oder des Deckels spanlos geformt werden. Vorzugsweise erhält der verrundete Abschnitt einen größeren Radius als durch die Art der spanlosen Herstellung technisch möglich wäre. Der Deckel kann ebenfalls einfach durch Spritzgießen hergestellt werden. Beispielsweise besteht der gesamte Deckel des Arretierelements aus Kunststoff.
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Das Arretierelement weist eine Feder auf, die den Deckel gegenüber dem Bodenteil vorspannt. Vorzugsweise ist die Feder als eine Schraubendruckfeder ausgebildet. Die Feder kann durch mehrere, einzelne Federn gebildet sein. Die relativ kleinen und bei ihrer Montage unhandlichen Federn sind verliersicher in dem Arretierelement eingekapselt und damit einfach und sicher zu montieren sowie von äußeren Umgebungseinflüssen geschützt. In dem durch den Deckel und den Grundkörper gebildeten Käfig sind, bei unveränderter Abmessung der Hülle, Federelemente mit den unterschiedlichsten Federcharakteristiken einsetzbar. Damit ist das Arretierelement bei gleicher Außenabmessung an die unterschiedlichsten anwendungsspezifischen Anforderungen anpassbar.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Feder in dem Arretierelement durch einen Dorn zentriert. In einer Ausführungsform kann dann auf ein Gehäuse gänzlich verzichtet werden.
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Figurenliste
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Die Erfindung ist nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
- 1a und 1b eine Synchronisierung im Längsschnitt mit einem schematisch dargestellten, erfindungsgemäßen Arretierelement, wobei 1a die Schaltmuffe in ihrer neutralen Position und 1b die Schaltmuffe in einer geschalteten Stellung zeigt,
- 2 einen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Synchronisierung,
- 3 einen Längsschnitt einer Synchronisierung nach dem Stand der Technik,
- 4 das Arretierelement nach 2 und
- 5 das Arretierelements nach 3.
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Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
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Die 1a und 1b zeigen eine Kupplung in Form einer Synchronisierung 24, die einen Schaltmuffenträger 1 und eine Schaltmuffe 2 zum wahlweisen Kuppeln der Gangräder 3 und 4 aufweist. Die Gangräder 3, 4 sind drehbar und längs fest auf einer Getriebewelle 5 gelagert. Der Schaltmuffenträger 1 sitzt verdrehfest sowie längs fest auf der Getriebewelle 5 und trägt auf seinem Außenumfang das Getriebeteil 23 in Form der Schaltmuffe 2. Die Schaltmuffe 2 ist mittels einer Verzahnung drehfest zu dem Schaltmuffenträger 1 und damit drehfest zur Schaltwelle 5, aber längs wahlweise in Richtung eines der Gangräder 3 oder 4 verschiebbar auf dem Schaltmuffenträger 1 angeordnet. An jeder Seite des Schaltmuffenträgers 1 ist längs zwischen dem Schaltmuffenträger 1 und dem Gangrad 3, 4 jeweils ein Satz 6, 7 Synchronringe angeordnet.
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Der Schaltmuffenträger 1 nimmt an seinem Umfang mindestens drei Arretierelemente 8 auf, wobei das Arretierelement 8 hier nur schematisch und in den nachfolgenden Figuren detailliert dargestellt ist. Das Arretierelement 8 verrastet an der Schaltmuffe 2 in ihrer neutralen Stellposition nach 1a. Das Arretierelement 8 ist als ein Druckstück 9 ausgelegt. In der neutralen Stellposition stützt sich das Arretierelement 8 an dem Schaltmuffenträger 1 radial ab und spannt mit einem Deckel 10 gegen die Schaltmuffe 2 vor. Dabei greift das Arretierelement 8 mit dem Deckel 10 in eine Rastvertiefung 11 an der Schaltmuffe 2 ein.
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Die aus der neutralen Stellposition nach 1a in die geschaltete Position (1b) längs auf dem Schaltmuffenträger 1 verschobene Schaltmuffe 2 greift in eine Kupplungsverzahnung 12a einer mit dem Gangrad 4 fest verbundenen Kupplungsscheibe 12 ein. Die Schaltwelle 5 ist über den Schaltmuffenträger 1 und die Schaltmuffe 2 mit dem Gangrad 4 drehfest verbunden, wodurch der dem Gangrad 4 zugeordnete Gang geschaltet ist. Bei der Schaltbewegung der Schaltmuffe 2 in die geschaltete Position nimmt die Schaltmuffe 2 zunächst das in die Rastvertiefung 11 eingreifende Arretierelement 8 längs mit und verschiebt das Arretierelement 8 gegen den äußeren Synchronring 13 des Satzes 7. Der Prozess der Vorsynchronisation ist eingeleitet.
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Die weiter in Richtung der Kupplungsverzahnung 12a bewegte Schaltmuffe 2 zwingt den Deckel 10 des sich an dem äußeren Synchronring 13 abstützenden Druckstücks 9 aus der Rastvertiefung 11. Der Deckel 10 federt dabei radial gegen die Kraft einer den Deckel 10 gegen das Bodenteil 14 vorspannenden Feder 15ein. Beim Lösen des Ganges bewegt sich die Schaltmuffe 2 aus der Stellung nach 1b zurück in die neutrale Stellposition nach 1a. Dabei greift der mit Vorspannung an der Schaltmuffe 2 anliegende Deckel 10 erneut in die Rastvertiefung 11 ein.
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4 zeigt das erfindungsgemäße Arretierelement 8. 5 zeigt ein Arretierelement 8 nach dem Stand der Technik. In beiden Fällen weist das Arretierelement 8 ein Bodenteil 14 auf, das als kreiszylindrischer Topf ausgebildet ist. Der Topf ist aus einem Blech hergestellt, das tiefgezogen wurde. In dem Topfinneren ist die in diesem Längsschnitt nicht dargestellte Feder angeordnet, die entlang der Federachse 18 gestaucht werden kann und gegen die Auswölbung 20 des Deckels 10 vorgespannt ist.
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Zur Einleitung der Vorsynchronisation weist der Deckel 10 Lappen 21 auf, mit denen jeweils der äußere Synchronring 13 beaufschlagt werden kann. Beim Ansynchronisieren übt der Synchronring 13 eine Gegenkraft auf den Deckel 10 aus. Wird dann vor Beendigung des Synchronisiervorgangs versucht, die Schaltmuffe 2 weiterzubewegen, wirkt auf den Deckel 10 eine Kraft, die gewinkelt zur Richtung der Federachse 18 ist, so dass der Deckel 10 zu verkippen beginnt.
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Der Deckel 10 weist gemäß 2 verrundete Abschnitte 16 auf. Mittels der verrundeten Abschnitte 16 ist sichergestellt, dass beim Verkippen die Anlage an das Bodenteil 14 stets über eine konvexe Fläche erfolgt. Aufgrund der balligen Ausbildung der verrundeten Abschnitte 16 rollt beim Ausbleiben der schräg auf den Deckel 10 von außen einwirkenden Kraft der Deckel 10 unabhängig vom Kippwinkel am Bodenteil 14 ab. Beim Rückstellen ist damit kein initial höheres Abstützmoment zu überwinden. Der Verschleiß zwischen dem Deckel 10 und der Wandung 22 ist damit deutlich reduziert.
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Der Deckel 10 ist gemäß 3 kalottenförmig ausgebildet und weist punktförmige Anlageflächen an der Rastvertiefung 11 der Schaltmuffe 2 auf. Im Gegensatz dazu weist der Deckel 10 nach 2 zwei Deckelschrägen 25, 26 auf, die zur Federachse 18 gewinkelt sind. Die Deckelschrägen 25, 26 sind in Form und Größe gleich ausgebildet und unterscheiden sich in dem Vorzeichen des Winkels zur Federachse 18. Die Rastvertiefung weist Nutwände 27, 28 auf, die voneinander durch den Nutgrund 29 getrennt sind. Die Nutwände sind ebenfalls schräg zur Federachse 18 angeordnet und weisen den gleichen Winkel auf wie die Deckelschrägen 25, 26. Das Arretierelement 8 liegt ausschließlich über die Nutwände 27, 28 an der Schaltmuffe 2 an.
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Der Abschnitt zwischen den Deckelschrägen 25, 26 ist parallel zum Nutgrund 29 ausgerichtet und von diesem beabstandet. Wie aus den 2 und 3 ersichtlich ist, ist das Kippspiel 30 bei der Ausführungsform nach 2 um mehr als die Hälfte reduziert.
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An die Deckelschrägen 25, 26 schließen sich axial stirnseitig Radialwände 32 an, mit denen sich das Arretierelement 8 beim Einfedern zusätzlich an der Schaltmuffe 2 abstützen können. Die Radialwände 32 sind stirnseitig abgewinkelt, so dass sie Stirnwände 31 in Form von Lappen 21 bilden, mit denen der Synchronring 13 betätigbar ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schaltmuffenträger
- 2
- Schaltmuffe
- 3
- Gangrad
- 4
- Gangrad
- 5
- Getriebewelle
- 6
- erster Satz Synchronringe
- 7
- zweiter Satz Synchronringe
- 8
- Arretierelement
- 9
- Druckstück
- 10
- Deckel
- 11
- Rastvertiefung
- 12
- Kupplungsscheibe
- 12a
- Kupplungsverzahnung
- 13
- äußerer Synchronring
- 14
- Bodenteil
- 15
- Feder
- 16
- verrundeter Abschnitt
- 17
- Führungsfläche
- 18
- Federachse
- 19
- Lasche
- 20
- Auswölbung
- 21
- Lappen
- 22
- Wandung
- 23
- Getriebeteil
- 24
- Synchronisierung
- 25
- Deckelschräge
- 26
- Deckelschräge
- 27
- Nutwand
- 28
- Nutwand
- 29
- Nutgrund
- 30
- Kippspiel
- 31
- Stirnwand
- 32
- Radialwand
- 33
- Radialfläche
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10225269 A1 [0004]
- DE 102005018899 A1 [0005, 0006]
- DE 102007031300 A1 [0006]
