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Die Erfindung betrifft eine Synchronisierungsvorrichtung, welche insbesondere für ein Fahrzeuggetriebe ausgebildet ist, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Losradanordnung für ein Getriebe mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 10.
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In einem Getriebe wird bei einem Gangwechsel eine sich drehende Welle von einem Gangrad drehentkoppelt und mit einem neuen Gangrad drehfest gesetzt, um einen Momentenpfad über das neue Gangrad zu leiten. Allerdings weisen bei dem Schaltvorgang die Welle und das neue Gangrad zunächst unterschiedliche Drehzahlen auf, sodass insbesondere eine formschlüssige Kopplung nicht unmittelbar möglich ist, sondern das Gangrad zunächst an die Drehzahl der Welle angepasst werden muss. Diese Funktion übernehmen Synchronisierungsringe, welche sicherstellen, dass zwischen der Welle und dem Gangrad zunächst eine reibschlüssige Verbindung geschaffen wird, sodass das Gangrad zunächst auf die Drehzahl der Welle beschleunigt werden kann. Sobald Welle und das Gangrad die gleiche Drehzahl aufweisen, kann eine formschlüssige Kopplung zwischen der Welle und dem Gangrad erfolgen. Das Gangrad ist dazu zur Welle gelagert aufgenommen, wobei Wälzlager zur Lagerung des Gangrades bekannt sind.
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Beispielsweise zeigt die Druckschrift
JP H02-163509 A eine Welle mit einer Außenumfangsflächen, wobei die Außenumfangsfläche einen Abschnitt mit einem großen Durchmesser und einen Abschnitt mit einem kleinen Durchmesser aufweist, wobei ein Zahnrad an dem Abschnitt mit dem kleinen Durchmesser angeordnet ist. Ein Radiallager ist zwischen einer Innenumfangsfläche des Zahnrads und mit der Außenumfangsfläche des Abschnitts mit dem kleinen Durchmesser angeordnet. Ein Axiallager ist zwischen einem Stufenabschnitt der Welle und dem Zahnrad angeordnet, so dass sich das Zahnrad in Bezug auf die Welle frei drehen kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Synchronisierungsvorrichtung vorzugschlagen, welche sich durch einen geringen Verschleiß, eine hohe Zuverlässigkeit und eine Geräuschreduzierung auszeichnet.
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Die Aufgabe wird durch eine Synchronisierungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruch 1 sowie einer Losradanordnung für ein Getriebe mit den Merkmalen des Anspruch 10 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und/oder den beigefügten Figuren.
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Gegenstand der Erfindung ist eine Synchronisierungsvorrichtung, welche insbesondere für ein Getriebe, beispielsweise ein Gangwechselgetriebe und/oder ein Automatikgetriebe eines Fahrzeuges geeignet und/oder ausgebildet ist. Alternativ oder ergänzend wird durch die Synchronisierungsvorrichtung ein Momentenweg geschaltet, wobei dieser beim Schalten geöffnet oder geschlossen wird. Über den Momentenweg kann z.B. ein Elektromotor zu- oder weggeschaltet werden.
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Die Synchronisierungsvorrichtung weist einen Tragkörper auf, wobei der Tragkörper mit einer Welle, insbesondere einer Getriebewelle, koppelbar und/oder gekoppelt ist. Optional bildet die Welle einen Bestandteil der Synchronisierungsvorrichtung. Vorzugsweise ist der Tragkörper drehfest auf der Welle aufgenommen, wobei der Tragkörper mehrere Formschlusselemente aufweist, wobei die Formschlusselemente formschlüssig mit der Welle verbindbar sind. Beispielsweise weist der Tragkörper mehrere in axialer Richtung zur Welle erstreckende Zähne oder Nuten als Formschlusselement auf. Alternativ kann der Tragkörper und die Welle kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden sein.
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Die Synchronisierungsvorrichtung weist mindestens ein Schaltrad auf, wobei das Schaltrad koaxial zu dem Tragkörper angeordnet ist. Vorzugsweise definiert die Welle und/oder das Schaltrad und/oder der Tragkörper mit der jeweiligen Rotationsachse eine Hauptdrehachse der Synchronisierungsvorrichtung. Insbesondere ist das Schaltrad koaxial und/oder konzentrisch zur Hauptdrehachse ausgebildet. Das Schaltrad ist vorzugsweise drehbar auf der Welle anordbar und/oder angeordnet. Besonders bevorzugt ist das Schaltrad als ein Losrad auf der Welle ausgebildet. Vorzugsweise weist die Synchronisierungsvorrichtung zwei derartige Schalträder auf, welche beidseitig zu dem Tragkörper angeordnet sind. Das Schaltrad trägt vorzugsweise an seiner radialen Außenseite eine Schaltradaußenverzahnung.
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Die Synchronisierungsvorrichtung weist eine Schaltmuffe auf, wobei die Schaltmuffe zur drehfesten Verbindung von dem Tragkörper und dem Schaltrad ausgebildet ist. Die Schaltmuffe ist konzentrisch und/oder koaxial zum Tragkörper angeordnet. Die Schaltmuffe weist vorzugsweise eine Innenverzahnung auf, welche im Eingriff mit einer Außenverzahnung des Tragkörpers steht, sodass die Schaltmuffe und der Tragkörper relativ zueinander in axialer Richtung in Bezug auf die Hauptdrehachse verschiebbar angeordnet sind, jedoch in Umlaufrichtung um die Hauptdrehachse drehfest zueinander angeordnet sind.
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Insbesondere kann die Schaltmuffe relativ zu dem Tragkörper in axialer Richtung zu der Hauptdrehachse verschoben werden, sodass diese in radialer Überdeckung mit dem Schaltrad angeordnet werden kann. In dieser Verbindungsposition der Schaltmuffe steht vorzugsweise eine Kupplungsverzahnung des Schaltrades in formschlüssiger Verbindung mit der Innenverzahnung der Schaltmuffe, sodass das Schaltrad über die Schaltmuffe mit dem Tragkörper drehfest verbunden ist.
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Ferner weist die Synchronisierungsvorrichtung ein Synchronringpaket zur Synchronisierung der Drehzahl des Schaltrads mit der Drehzahl des Tragkörpers auf. Konstruktiv betrachtet ist das Synchronringpaket zwischen dem Tragkörper und dem Schaltrad angeordnet. Das Schaltrad ist über das Synchronringpaket mit dem Tragkörper reibschlüssig wirkverbindbar. Das Synchronringpaket ist vorzugsweise als ein Mehrfachkonus-Synchronringpaket ausgebildet. Insbesondere kann dieses als ein Zweiring- oder als ein Dreiring-Synchronringpaket ausgebildet sein. In einer bevorzugten Ausgestaltung weist das Synchronringpaket einen Synchronaußenring, einen Reibring und einen Synchroninnenring auf, wobei der Reibring zwischen dem Synchroninnenring und dem Synchronaußenring angeordnet ist. Der Synchroninnenring ist vorzugsweise drehfest mit dem Schaltrad angeordnet. Die Synchronisierungsvorrichtung weist vorzugsweise für jedes Schaltrad ein Synchronringpaket auf.
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Die Schaltmuffe ist zum Vorsynchronisieren der Drehzahlen zwischen dem Schaltrad und dem Tragkörper axial in Richtung des Schaltrads verlagerbar. Insbesondere ist die Schaltmuffe drehfest mit dem Tragkörper verbunden und in axialer Richtung in Bezug auf die Hauptachse verschiebbar an dem Tragkörper aufgenommen. Insbesondere ist die Schaltmuffe mit dem Synchronringpaket koppelbar. Im Speziellen ist die Schaltmuffe mit dem Synchronaußenring koppelbar. Das Synchronringpaket ist beim Ankoppeln der Schaltmuffe mit einer Synchronisierungskraft beaufschlagt. Insbesondere weist die Schaltmuffe und/oder die Synchronisierungsvorrichtung ein Übertragungsorgan zur Übertragung der Synchronisierungskraft auf das Synchronringpaket auf.
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Bevorzugt weist die Synchronisierungsvorrichtung ein oder mehrere Druckstücke auf, welche in Umlaufrichtung um die Hauptdrehachse verteilt sind. Vorzugsweise ist das Druckstück als das Übertragungsorgan zur Übertragung der Synchronisierungskraft ausgebildet. Vorzugsweise ist das Druckstück zum Vorsynchronisieren der Drehzahlen zwischen Schaltrad und Tragkörper axial verlagerbar. Insbesondere weist der Tragkörper mehrere in Umlaufrichtung verteile und axial ausgebildete Nutaussparungen auf, wobei die Druckstücke in den Nutführungen angeordnet sind. Vorzugsweise sind die Druckstücke mit Federn gegen die Nutaussparung in der Außenverzahnung des Tragkörpers vorgespannt. Das Druckstück ist vorzugsweise aus Metall, z.B. Aluminium oder Stahl, gefertigt. Beispielsweise ist das Druckstück in einer umgeformten Ausführung als ein Stahlblechteil ausgebildet, wobei vorzugsweise das Drückstück durch zwei Ringfedern in radialer Richtung nach außen vorgespannt ist. Alternativ können die Druckstücke auch aus massiven Pressteilen ausgebildet sein. Diese können beispielsweise durch federvorgespannte Kugeln oder einen Kugelbolzen gehalten und/oder betätigt werden.
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Das Druckstück ist vorzugsweise mit der Schaltmuffe gekoppelt. Durch die Kopplung wird beim Verschieben der Schaltmuffe in Richtung des Schaltrades das Druckstück, insbesondere entlang der Nutaussparung, mitgeführt. Das Druckstück beaufschlagt vorzugsweise das Synchronringpaket, insbesondere den Synchronaußenring, mit der Synchronisierungskraft. Die Synchronisierungskraft ist vorzugsweise als eine Druckkraft beim Vorsynchronisieren zu verstehen, wobei die Synchronisierungskraft vorzugsweise auf eine radial ausgebildete Seitenfläche des Synchronaußenrings übertragbar ist. Alternativ ist die Synchronisierungskraft als eine Schaltkraft des Getriebes zu verstehen, welche beispielsweise bei einem Gangwechsel entsteht, wobei eine Schaltgabel des Getriebes in eine umlaufende Nut der Schaltmuffe eingreift, wobei die Schaltkraft des Getriebes in eine axiale Bewegung der Schaltmuffe überführbar ist, sodass die Schaltkraft als Synchronisierungskraft über die Schaltmuffe oder dem Druckstück auf das Synchronringpaket übertragen wird und/oder übertragbar ist. Bevorzugt sind die mehreren umlaufend angeordneten Druckstücke gegen das Synchronringpaket verschiebbar, sodass die Synchronisierungskraft in Umlaufrichtung gleichmäßig verteilt auf das Synchronringpaket wirkt.
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Somit ist zumindest ein Teil der Synchronisierungskraft bei der Vorsynchronisierung in axialer Richtung auf das Schaltrad übertragbar. Die Synchronisierungskraft bewirkt, dass insbesondere eine Axiallast auf das Schaltrad wirkt, wobei das Schaltrad sich vorzugsweise an der Welle abstützt. Insbesondere wird das Schaltrad bedingt durch ein Axialspiel durch die auftretende Axiallast verschoben oder versetzt.
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Die Schaltmuffe ist vorzugsweise von einer Neutralposition in eine Verbindungsposition überführbar, wobei beim Überführen die Schaltmuffe zunächst in eine Vorsynchronisierungsposition verfährt und/oder verfahrbar ist. In der Neutralstellung der Schaltmuffe ist vorzugsweise das Druckstück kontaktfrei zum Synchronringpaket am Tragkörper angeordnet, wobei das Schaltrad frei auf der Welle drehbar ist. In der Verbindungsposition der Schaltmuffe, wobei das Druckstück von der Schaltmuffe entkoppelt ist, ist die Schaltmuffe auf das Schaltrad zur drehfesten Verbindung aufgeschoben, sodass die Drehzahl des Schaltrads mit der Drehzahl der Welle synchron laufen. In der Vorsynchronisierungsposition ist das Druckstück mit der Schaltmuffe gekoppelt, wobei beim Verschieben der Schaltmuffe in axialer Richtung das Druckstück mitgeführt wir und/oder führbar ist, sodass das Druckstück vorzugsweise das Synchronringpaket kontaktiert, um das Synchronringpaket mit der Synchronisierungskraft zu beaufschlagen.
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Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Synchronisierungsvorrichtung eine Vorspanneinrichtung zum Beaufschlagen einer Vorspannkraft gegen das Schaltrad aufweist, sodass das Schaltrad, insbesondere das Losrad, vorgespannt ist. Die Vorspannkraft kann vorzugsweise als eine Axialkraft gesehen werden. Die Vorspannkraft wirkt der Synchronisierungskraft bei der Vorsynchronisierung zwischen Schaltrad und Tragkörper, insbesondere in einer axialen Gegenrichtung, entgegen.
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Insbesondere ist die Vorspannkraft als eine Gegenkraft für die Synchronisierungskraft ausgebildet, wobei die Vorspannkraft zumindest ein Teil der Synchronisierungskraft, die auf das Schaltrad wirkt, entgegenwirkt. Insbesondere ist die Vorspanneinrichtung zur Aufhebung eines Axialspiels des Schaltrades und/oder zumindest von dem einen Teil der Synchronisierungskraft das auf das Schaltrad wirkt ausgebildet. Die Vorspanneinrichtung spannt vorzugsweise das Schaltrad in der Neutralposition der Schaltmuffe vor, sodass bei Verlagerung der Schaltmuffe in die Vorsynchronisierungsposition die Vorspannkraft der Synchronisierungskraft entgegenwirkt. Das Schaltrad ist vorzugsweise permanent mit der Vorspannkraft durch die Vorspanneinrichtung beaufschlagt. Vorzugsweise spannt die Vorspanneinrichtung das Schaltrad gegen den Tragkörper und/oder gegen einen radial ausgebildete Wellenabschnitt. Die Vorspannkraft wird bevorzugt unabhängig von einer Differenzdrehzahl zwischen Schaltrad und Tragkörper, insbesondere von einer Drehzahl der Welle, auf das Schaltrad übertagen.
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Vorteilhaft ist, dass die Synchronisierungsvorrichtung ausgebildet ist, das Axialspiel des Schaltrades zu entfernen, sodass ein Verkippen des Schaltrades beim Eingreifen in ein weiteres Zahnrad des Getriebes bei der Vorsynchronisierung vermieden wird, wobei eine Synchronisierungsvorrichtung mit niedrigem Verschleiß und einer Geräuschreduktion geschaffen ist. Weiterhin ist vorteilhaft, dass ein Gangspringen bedingt durch das Axialspiel, welches aufgrund von Fertigungstoleranzen entsteht, vermieden wird, sodass eine Synchronisierungsvorrichtung geschaffen ist, welche eine erhöhte Zuverlässigkeit vorweist. Zudem ist vorteilhaft, dass das Synchronringpaket ein reduziertes Spiel aufweist, sodass eine Synchronisierungsvorrichtung ein verbessertes Synchronisierungsverhalten aufweist.
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Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Vorspanneinrichtung als eine Federeinrichtung zur Erzeugung der Vorspannkraft ausgebildet. Die Federeinrichtung ist vorzugsweise zur Speicherung einer potentiellen Energie ausgebildet, wobei die Federeinrichtung zur Übertragung der potentiellen Energie auf das Schaltrad elastisch verformbar ist. Die Federeinrichtung spannt das Schaltrad in axialer Richtung, insbesondere in die axiale Gegenrichtung, in Bezug auf die Welle vor. Die Vorspannkraft kann insbesondere als eine Federkraft der Federeinrichtung verstanden werden, wobei die Federkraft das Schaltrad vorspannt, sodass das Axialspiel des Schaltrades aufgehoben ist.
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Die Federeinrichtung stützt sich vorzugsweise zum Spannen des Schaltrades mittelbar oder unmittelbar an der Welle ab. Bevorzugt ist die Federeinrichtung dafür an einer radialen Seitenfläche des Schaltrades angeordnet, wobei die Federeinrichtung sich an der Welle derart abstützt, dass eine Relativverdrehung des Schaltrades, insbesondere des Losrades, zur Welle ausübbar ist. Beispielsweise steht die Federeinrichtung zur axialen Abstützung mit dem Schaltrad und/oder der Welle in Gleitkontakt, sodass das Schaltrad und/oder die Welle relativ zueinander verdrehbar angeordnet sind.
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die Federeinrichtung als eine gewölbte Ringscheibe oder als eine Tellerfeder ausgebildet. Alternativ ist die Federeinrichtung als eine Wellenfeder ausgebildet. Insbesondere weist die Federeinrichtung eine federelastische Form auf, wobei die Federeinrichtung in ihrer Grundform als ein Ring ausgebildet ist. Die Federeinrichtung ist insbesondere koaxial und/oder konzentrisch zur Welle und/oder Hauptdrehachse ausgebildet, wobei die Federeinrichtung rotationssymmetrisch um die Welle und/oder Hauptdrehachse ausgebildet ist.
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Beispielsweise ist die Federeinrichtung als die gewölbte Ringscheibe ausgebildet, wobei die gewölbte Ringscheibe eine gewölbte Ringkontaktfläche und einen Außen- und einen Innenringkontaktkantenabschnitt aufweist. Insbesondere sind zwei Federungspartner mit der gewölbten Ringscheibe verbunden, wobei beispielsweise die Welle und das Schaltrad jeweils als einer der Federungspartner ausgebildet sind. Die gewölbte Ringscheibe ist mit dem beiden Außen- und Innenringkontaktkantenabschnitten an dem einem Federungspartner und mit der gewölbten Ringkontaktfläche an dem anderen Federungspartner angeordnet, wobei die gewölbte Ringkontaktfläche in axialer Richtung in Bezug auf die Hauptdrehachse und/oder Welle verbiegbar ist, wobei die Federkraft der gewölbten Ringscheibe auf die Federungspartner übertragen wird und/oder übertragbar ist, sodass das Schaltrad in Bezug auf die Welle vorgespannt ist.
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Alternativ ist die Federeinrichtung als die Tellerfeder ausgebildet, wobei die Tellerfeder einen Außen- und einen Innentellerfederkontaktkantenabschnitt aufweist, welche jeweils an einem sich gegenüberliegendem Federungspartner angeordnet sind, wobei der Innen- zum Außentellerfederkontaktkantenabschnitt relativ in axialer Richtung verschiebbar ist, sodass die Federkraft in Umlaufrichtung gleichmäßig auf die Federungspartner übertragen wird und das Schaltrad vorspannt.
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Die Federeinrichtung ist vorzugsweise aus Metall, insbesondere gehärtetem Stahl, sog. Federstahl, gefertigt. Bevorzugt liegt die Federeinrichtung an den beiden Federungspartner in Umlaufrichtung um die Hauptdrehachse durchgängig an. Alternativ oder optional ergänzend stützt sich die Federeinrichtung in Umlaufrichtung über gleichmäßig beabstandete Kontaktpunktabschnitten an den beiden Federungspartner ab. Beispielsweis ist die Federeinrichtung als die Wellenfeder ausgebildet, wobei die Wellenfeder vorzugsweise mehrere Kontaktpunktabschnitte in axialer Richtung ausweist, wobei die die Wellenfeder die beiden Federungspartner nur mit den Kontaktpunktabschnitten kontaktiert, wobei bei Druckspannung die Wellenfeder über die Kontaktpunktabschnitte gestaucht wird, sodass die Wellenfeder flächig an den beiden Federungspartner anliegt.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Synchronisierungsvorrichtung eine Lageranordnung, insbesondere eine Wälzlageranordnung, auf.
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Die Lageranordnung weist ein erstes Axiallager auf. Das erste Axiallager ist vorzugsweise als ein Axial-Zylinderrollenlager oder ein Axial-Nadellager, insbesondere als ein Axial-Nadelkranz, ausgebildet. Das erste Axiallager weist vorzugsweise einen Kunststoff- und/oder Metall-Axialkäfig mit mehreren integrierten Nadelrollen als Wälzkörper auf. Die Nadelrollen können beispielsweise direkt an einer radialen Anlauffläche des Schaltrades und/oder der Welle abwälzen. Bevorzugt weist das erste Axiallager eine Axiallagerscheibe als eine Lauffläche für die Nadelrollen zum Anlaufen auf.
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Das erste Axiallager ist an dem Schaltrad angeordnet. Das erste Axiallager stützt das Schaltrad zumindest in einer axialen Richtung in Bezug auf die Welle ab, wobei vorzugsweise das Radiallager das Schaltrad in radialer Richtung in Bezug auf die Welle abstützt. Bei der Vorsynchronisierung des Schaltrades mit dem Tragkörper werden axiale Kräfte, insbesondere ein Teil der Synchronisierungskraft, durch das erste Axiallager aufgenommen. Die Vorspanneinrichtung zum Vorspannen des Schaltrades stützt sich an dem ersten Axiallager, insbesondere an der Axiallagerscheibe, ab. Vorteilhaft ist, dass durch das Abstützen der Vorspanneinrichtung an dem ersten Axiallager das Schaltrad zur Welle entkoppelt ist, sodass eine Relativverdrehung des Schaltrades zur Welle mit reduzierten Reibungskräften ausführbar ist. Zusätzlich ist vorteilhaft, dass die Vorspanneinrichtung das Schaltrad gegen das erste Axiallager vorspannt, sodass ein Axialspiel des ersten Axiallagers aufgehoben wird.
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Die Lageranordnung ist optional zur Lagerung des Schaltrades ausgebildet, wobei die Lageranordnung das Schaltrad abstützt, sodass das Schaltrad auf der Welle drehbar aufgenommen ist. Die Lageranordnung weist vorzugsweise mindestens ein Radiallager auf. Das Radiallager weist mehreren Wälzkörper, insbesondere Nadelrollen, auf. Das Radiallager ist vorzugsweise als ein ein- oder zweireihiger Nadelkranz ausgebildet, wobei der Nadelkranz auf der Welle angeordnet ist, wobei der Nadelkranz mehrere Nadelrollen als Wälzkörper aufweist, wobei die Nadelrollen direkt an der Welle und dem Schaltrad abwälzen. Vorzugsweise weist die Welle eine Innenlaufbahn und das Schaltrad eine Außenlaufbahn zum Abwälzen der Nadelrollen auf. Der Nadelkranz weise vorzugsweise einen Käfig zur Aufnahme der Nadelrollen auf, wobei der Käfig vorzugsweise aus Kunstsoff und/oder Stahlblech gefertigt ist. Alternativ können zur Lagerung des Schaltrades und/oder Losrades auch vollrollige Nadellager eingesetzt werden. Bei dieser Bauform wird auf den Käfig verzichtet.
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Bei einer bevorzugten konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung weist das Schaltrad, insbesondere Losrad, eine Aufnahmenut auf. Die Aufnahmenut ist vorzugsweise einseitig umlaufend auf einer radialen Seitenfläche des Schaltrades ausgebildet, wobei die Aufnahmenut koaxial und/oder konzentrisch zur Hauptdrehachse ausgebildet ist. Die Aufnahmenut bildet vorzugsweise einen einseitig geöffneten konzentrischen Aufnahmeraum, wobei die Aufnahmenut vorzugsweise eine in radialer Richtung ausgebildete Ringfläche aufweist.
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Die Vorspanneinrichtung und das erste Axiallager, bevorzugt zumindest ein Teil der Vorspanneinrichtung und des ersten Axiallagers, sind in der Aufnahmenut aufgenommen und/oder angeordnet. Die Vorspannungseinrichtung, insbesondere die Federeinrichtung, ist mit der radialen Ringfläche der Aufnahmenut wirkverbunden. Insbesondere stützt sich die Vorspannungseinrichtung über die radiale Ringfläche an dem Schaltrad ab, sodass die Vorspannungskraft in axialer Richtung auf das Schaltrad übertragbar ist. Beispielsweise ist die Vorspanneinrichtung, insbesondere die Federeinrichtung, als gewölbte Ringscheibe oder als Tellerfeder ausgebildete, wobei die Aufnahmenut eine Innenring- und eine Außenringfläche aufweist, wobei die gewölbte Ringscheibe oder die Tellerfeder in der Aufnahmenut in radialer Richtung gegen die Innenring- oder Außenringfläche der Aufnahmenut gespannt ist. Alternativ kann die gewölbte Ringscheibe oder die Tellerfeder in einer Ringnut aufgenommen sein, wobei die Ringnut vorzugsweise in der Außen- oder Innenringfläche der Aufnahmenut ausgebildet ist, sodass die gewölbte Ringscheibe oder die Tellerfeder in der Ringnut einseitig in radialer Richtung gehalten ist.
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Bei einer bevorzugten konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung weist die Lageranordnung ein zweites Axiallager zum Abstützten des Schaltrades, insbesondere Losrades, auf. Das zweite Axiallager weist vorzugsweise mehrere Wälzkörper, insbesondere Nadelrollen, auf. Das zweite Axiallager ist dem ersten Axiallager gegenüberliegend am Schaltrad angeordnet, wobei das erste und das zweite Axiallager das Schaltrad, insbesondere Losrad, beidseitig in axialer Richtung stützen. Das zweite Axiallager ist vorzugsweise an der dem ersten Axiallager gegenüberliegenden radialen Seitenfläche des Schaltrades angeordnet, wobei das zweite Axiallager vorzugsweise zwischen dem Schaltrad und einer radialen Abschnittsfläche der Welle angeordnet ist. Alternativ ist das zweite Axiallager zwischen dem Schaltrad und dem Tragkörper angeordnet, wobei die Nadelrollen des zweiten Axiallager vorzugsweise direkt an dem Tragkörper oder dem Schaltrad anlaufen. Alternativ oder optional ergänzend wälzen die Nadelrollen des zweiten Axiallagers an einer Axiallagerscheibe ab.
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Die Vorspannkraft der Vorspanneinrichtung spannt das Schaltrad vorzugsweise entgegen dem zweiten Axiallager, wobei vorzugsweise das Axialspiel des ersten und des zweiten Axiallagers aufgehoben wird und/oder aufhebbar ist. Das erste und das zweite Axiallager sind zur Aufnahme von axialen Kräften, insbesondere einem Teil der Synchronisierungskraft, ausgebildet. Vorteilhaft ist, dass ein Gleitkontakt zwischen dem Schaltrad und/oder der Vorspanneinrichtung mit der Welle oder dem Schaltrad mit dem Tragkörper bei einer Relativverdrehung durch das erste und zweite Axiallager vermieden wird und/oder vermeidbar ist, wodurch eine Synchronisierungsvorrichtung mit einem geringen Verschleiß geschaffen ist.
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Bei einer bevorzugten konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung weist die Synchronisierungsvorrichtung die Welle auf. Die Welle ist vorzugsweise als eine Getriebewelle eines Fahrzeuggetriebes ausgebildet, wobei auf der Getriebewelle ein oder mehrere schaltbare Schalträder und/oder Losräder und ein oder mehrere Synchronisierungsvorrichtung anordbar sind. Die Getriebewelle weist vorzugsweise ein oder mehrere Verzahnungen auf, wobei die Getriebewelle beispielsweise über die Verzahnung oder dem Schaltrad mit weiteren Getriebewellen in Eingriff steht. Das Schaltrad ist drehbar auf der Welle aufgenommen. Das Schaltrad, insbesondere das Losrad, ist relativ zur Welle verdrehbar aufgenommen. Die Welle weist einen Wellenaufnahmeabschnitt zum drehbaren Aufnehmen des Schaltrades auf. Der Wellenaufnahmeabschnitt ist vorzugsweise als eine Aussparung in die Welle eingebracht, wobei der Wellenaufnahmeabschnitt sich in axialer Richtung auf der Welle erstreckt und in Umlaufrichtung ausgebildet ist. Vorzugsweise weist die Welle im Bereich des Wellenaufnahmeabschnitts keine Verzahnung auf. Bevorzugt weist der Wellenaufnahmeabschnitt eine Innenlaufbahn für das Radiallager, insbesondere das Nadellager, auf. Vorzugsweise weist der Wellenaufnahmeabschnitt eine Schmiermittelanschluss zur Schmierung des Radiallagers auf.
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Der Tragkörper ist drehfest auf der Welle aufgenommen. Der Tragkörper ist formschlüssig mit der Welle verbunden. Der Wellenaufnahmeabschnitt weist eine Formschlussaufnahme zum drehfesten Verbinden mit der Welle auf. Die Formschlussaufnahme weist insbesondere sich in axialer Richtung zu der Hauptdrehachse erstreckende Zähne oder Nuten auf, wobei die Zähne oder Nuten in eine Gegenkontur des Tragkörper eingreifbar ausgebildet sind.
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Bei einer bevorzugten konstruktiven Weiterbildung der Erfindung weist der Wellenaufnahmeabschnitt einen radial ausgebildeten Wellenschulterabschnitt und vorzugsweise einen axialen Hauptaufnahmeabschnitt auf. Der Hauptaufnahmeabschnitt ist zur Aufnahme des Radiallagers auf der Welle ausgebildet, wobei vorzugsweise der Hauptaufnahmeabschnitt als die Innenlaufbahn für das Radiallager, insbesondere Nadellager, ausgebildet ist.
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Das erste Axiallager ist innerhalb des Wellenaufnahmeabschnitts auf der Welle aufgenommen, wobei sich das erste Axiallager an dem Wellenschulterabschnitt in axialer Richtung abstützt. Vorzugsweise wälzen die Nadelrollen des ersten Axiallagers, insbesondere des Axial-Nadelkranzes, direkt an der Welle ab, wobei der Wellenschulterabschnitt als eine radiale Anlauffläche der Welle für die Nadelrollen ausgebildet ist. Alternativ weist das erste Axiallager die Axiallagerscheibe auf, wobei die Axiallagerscheibe vorzugsweise zwischen den Nadelrollen und dem Wellenschulterabschnitt angeordnet ist, wobei die Axiallagerscheibe eine erste und eine zweite Anlaufseitenfläche aufweist, wobei sich die Axiallagerscheibe mit der ersten Anlaufseitenfläche an dem Wellenschulterabschnitt abstützt, wobei die Nadelrollen des ersten Axiallagers an der, von der ersten Anlaufseitenfläche abgewandten, zweiten Anlaufseitenseitenfläche abwälzen.
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist das erste Axiallager einen Axial-Nadelkranz mit mehreren Nadelrollen und eine erste Axiallagerscheibe zum Abwälzen der Nadelrollen auf. Die erste Axiallagerscheibe ist vorzugsweise in der Aufnahmenut angeordnet, wobei die erste Axiallagerscheibe vorzugsweise relativ zum Schaltrad axial verlagerbar in der Aufnahmenut aufgenommen ist. Die erste Axiallagerscheibe ist mit der Vorspanneinrichtung und der Axialnadelkranz mit der Welle wirkverbunden, wobei die Vorspanneinrichtung zwischen der ersten Axiallagerscheibe und dem Schaltrad, insbesondere der Ringfläche der Aufnahmenut, angeordnet ist. Insbesondere ist die erste Axiallagerscheibe mit der Federeinrichtung verbunden, wobei die Federkraft der Federeinrichtung auf die erste Axialscheibe übertragbar ist, wobei vorzugsweise das Axialspeil des ersten Axiallagers aufgehoben wird und/oder aufhebbar ist.
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Die Vorspanneinrichtung überträgt die Vorspannkraft auf das Schaltrad, wobei die Vorspanneinrichtung zum Übertragen der Vorspannkraft sich über die erste Axiallagerscheibe und dem abwälzenden Axialnadelkranz an der Welle, insbesondere an dem Wellenschulterabschnitt der Welle, abstützt. Vorzugsweise überträgt die Federeinrichtung die Vorspannkraft auf das Schaltrad, insbesondere auf das Losrad, wobei die Federeinrichtung das Schaltrad in die axiale Gegenrichtung drückt, sodass das Schaltrad der Synchronisierungskraft entgegenwirkt, wobei ein Kopplungsspiel des Synchronisierungspaketes reduziert wir und/oder reduzierbar ist.
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Das erste Axiallager weist vorzugsweise eine zweite Axiallagerscheibe zum beidseitigen Abwälzen der Nadelrollen an der ersten und der zweiten Axiallagerscheibe auf. Die zweite Axiallagerscheibe ist zwischen den Nadelrollen und der Welle, insbesondere dem Wellenschulterabschnitt, angeordnet. Die zweite Axiallagerscheibe stützt sich an dem Wellenschulterabschnitt beim Abwälzen der Nadelrollen ab. Die zweite Axiallagerscheibe ist vorzugsweise mit der Welle und/oder dem Wellenschulterabschnitt form- und/oder kraftschlüssig verbunden. Die erste und/oder zweite Axiallagerscheibe sind vorzugsweise aus gehärtetem Metall gefertigt, wobei die beiden Axiallagerscheiben vorzugsweise als Wellenscheiben ausgebildet sind.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betriff eine Losradanordnung für ein Getriebe, insbesondere Fahrzeuggetriebe, mit einem Losrad zur drehbaren Anordnung auf einer Welle des Getriebes. Bevorzugt ist das Losrad als das bereits beschriebene Schaltrad der Synchronisierungsvorrichtung ausgebildet. Alternativ oder optional ergänzend ist die Losradanordnung für einen elektrifizierten Antriebsstrang und/oder ein Hybridgetriebemodul und/oder einem Elektromotor ausgebildet, wobei ein Momentenpfad über die Losradanordnung zu- und/oder abschaltbar ist.
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Das Losrad weist vorzugsweise einen Lageraufnahmeabschnitt und eine Aufnahmenut auf. Bevorzugt weist die Losradanordnung ein Radiallager mit Nadelrollen auf, wobei das Radiallager im Lageraufnahmeabschnitt angeordnet ist. Alternativ ist das Radiallager als Nadelkranz und der Hauptaufnahmeabschnitt als eine Außenlaufbahn ausgebildet, wobei der Nadelkranz an der Innenlauffläche direkt abwälzt. Vorzugsweise ist das Losrad über das Radiallager auf der Welle drehbar aufgenommen.
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In einer weiteren alternativen Ausgestaltung umfasst das Getriebe das Radiallager zur Lagerung des Losrades oder das Losrad ist direkt auf der Welle angeordnet, wobei die Losradanordnung eine Gleitlagerung zur Welle aufweist.
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Die Losradanordnung weist ein erstes Axiallager mit Wälzkörpern, insbesondere Nadelrollen, auf, wobei vorzugsweise das erste Axiallager in der Aufnahmenut des Losrades angeordnet ist. Das erste Axiallager ist vorzugsweise als ein Axial-Nadellager oder ein Axial-Nadelkranz ausgebildet. Das erste Axiallager ist koaxial zum Losrad angeordnet ist, wobei das erste Axiallager das Losrad in einer axialen Richtung in Bezug auf die Welle abstützt.
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Bevorzugt weist das erste Axiallager eine oder mehrere Axiallagerscheiben zum Abwälzen der Wälzkörper auf, wobei die Axiallagerscheiben vorzugsweise ein- oder beidseitig am ersten Axiallager angeordnet sind.
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Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Losradanordnung eine Vorspanneinrichtung zum Vorspannen des Losrades in axialer Richtung aufweist. Die Vorspanneinrichtung ist mit dem Losrad wirkverbunden, wobei vorzugsweise die Vorspanneinrichtung in der Aufnahmenut angeordnet ist. Die Vorspanneinrichtung stützt sich zum Vorspannen des Losrades an dem ersten Axiallager abstützt.
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Das Losrad ist in Umlaufrichtung drehbar und in axialer Richtung positionsfest auf der Welle anordbar und/oder angeordnet. Dennoch besteht ein Axialspiel des Losrades durch die Aufnahme auf der Welle, insbesondere durch das Radiallager und/oder erstes Axiallager, welches für eine zuverlässige Funktionsweise der Losradanordnung reduziert und/oder aufgehoben werden muss. Vorteilhaft ist, dass die Vorspanneinrichtung das Axialspiel des Losrades durch das Vorspannen aufhebt und eine verbesserte Losradanordnung für ein Getriebe schafft.
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Die Losradanordnung kann beispielsweise für ein Schaltgetriebe oder ein Automatikgetriebe eines Fahrzeuges ausgebildet sein, wobei eine Drehzahl der Losradanordnung mit einer Drehzahl der Welle, insbesondere einer Getriebewelle, synchronisierbar ist. Zur Synchronisierung kann beispielsweise die bereits beschriebene Synchronisierungsvorrichtung verwendet werden. Alternativ ist die Losradanordnung in einem elektrifizierte Antriebsstrang und/oder einem Hybridmodul und/oder einem Elektromotor angeordnet, wobei die Losradanordnung auf einer Antriebswelle frei drehbar aufgenommen ist. Die Antriebswelle ist vorzugsweise mit einem Drehmoment beaufschlagbar. Die Losradanordnung weist vorzugsweise eine Schaltradaußenverzahnung auf, wobei die Schaltradaußenverzahnung an dem Losrad angeordnet ist. Die Schaltradaußenverzahnung greift beispielweise in eine Verzahnung eines weiteren Zahnrades ein. Das weitere Zahnrad ist beispielsweise mit einer Abtriebswelle verbunden. Das Drehmoment der Antriebswelle ist vorzugsweise beim Zuschalten der Losradanordnung über die Schaltradaußenverzahnung und das weitere Zahnrad auf die Abtriebswelle übertragbar. Ein dabei erzeugter Momentenpfad kann durch das Abschalten der Losradanordnung wieder unterbrochen oder umgeleitet werden. Bevorzugt sind mehrere Losradanordnungen auf der Antriebswelle angeordnet, wobei mehrere Momentenpfade mit vorzugsweise unterschiedlichen Drehzahlübersetzungsmomenten auf die Abtriebswelle übertragbar sind.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sowie der beigefügten Figuren. Dabei zeigen:
- 1 einen schematischen Längsschnitt einer Losradanordnung für ein Getriebe;
- 2 einen schematischen Längsschnitt einer Synchronisierungsvorrichtung in einem Neutralzustand als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 3 die Synchronisierungsvorrichtung in der gleichen Darstellung wie in 2 bei einer Vorsynchronisierung;
- 4 die Synchronisierungsvorrichtung wie in 2 und 3 mit einer Lageranordnung als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Die 1 zeigt eine Losradanordnung 1 für ein Getriebe (nicht gezeigt), insbesondere für ein Gangwechselgetriebe und/oder Automatikgetriebe eines Fahrzeuges. Die Losradanordnung 1 weist ein Losrad 3 auf. Das Losrad 3 ist beispielsweise als ein Schaltrad 3 des Getriebes ausgebildet. Das Losrad 3 ist in seiner Grundform als ein rotationssymmetrisches Zahnrad ausgebildet, wobei eine Rotationsache des Losrades 3 eine Hauptachse H definiert. Das Losrad 3 weist an einer radialen Außenseite eine Schaltradaußenverzahnung 4 zum Eingreifen in das Getriebe auf. Die Schaltradaußenverzahnung 4 ist stoffschlüssig mit dem Losrad 3 verbunden, beispielsweise ist die Schaltradaußenverzahnung 4 in das Losrad 3 eingeformt und/oder eingefräst. Die Schaltradaußenverzahnung 4 ist als eine Schrägverzahnung ausgebildet. Alternativ ist die Schaltradaußenverzahnung 4 als eine stirnverzahnte Schaltverzahnung und/oder das Losrad 3 als ein Stirnrad ausgebildet.
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Die Losradanordnung 1 weist ein erstes Axiallager 5 auf. Das erste Axiallager 5 ist als Axial-Nadellager ausgebildet und weist einen Satz an Nadelrollen 6a als Wälzkörper und einen Axialkäfig 6b auf, wobei die Nadelrollen 6a in dem Axialkäfig 6b aufgenommen sind. Weiterhin weist das erste Axiallager 5 eine erste Axiallagerscheibe 7a zum Abwälzen der Nadelrollen 6a auf. Die erste Axiallagerscheibe 7a ist beispielsweise aus einem gehärteten Material, z.B. Stahl, gefertigt und weist beispielsweise eine geschliffene und/oder polierte Ringoberfläche auf. Die erste Axiallagerscheibe 7a ist koaxial und/oder konzentrisch zur Hauptachse H ausgebildet. Die Nadelrollen 6a und der Axialkäfig 6b bilden einen Axial-Nadelkranz, wobei der Axial-Nadelkranz an der Axiallagerschiebe 7a abwälzt.
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Das Losrad 3 weist eine Aufnahmenut 8 auf. Die Aufnahmenut 8 ist als ein Aufnahmeraum in axialer Richtung in Bezug auf die Hauptachse H in das Losrad 3 eingebracht, wobei die Aufnahmenut 8 an einer radialen Seitenfläche des Losrades 3 angeordnet ist. Die Aufnahmenut 8 erstreckt sich in Umlaufrichtung, wobei die Aufnahmenut 8 koaxial und/oder konzentrisch zur Hauptachse H ausgebildet ist. Die Aufnahmenut 8 kann auch als rotationsymmetrischer Ringraum gesehen werden. Die Aufnahmenut 8 weist eine Ringfläche 9 auf. Die Ringfläche 9 ist in radialer Richtung in Bezug auf die Hauptachse H ausgebildet. Die Aufnahmenut 8 ist zu der einen radialen Seitenfläche des Losrades 3 einseitig geöffnet, wobei die Aufnahmenut 8 und/oder der Aufnahmeraum durch die Ringfläche 9 begrenzt ist. Das erste Axiallager 5 mit den Nadelrollen 6a, dem Axialkäfig 6b und der ersten Axiallagerscheibe 7a ist in der Aufnahmenut 8 angeordnet.
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Die Losradanordnung 1 weist eine Vorspanneinrichtung 10 auf. Die Vorspanneinrichtung 10 ist als Federeinrichtung 10a ausgebildet, wobei die Federeinrichtung 10a eine Vorspannkraft F erzeugt. Die Federeinrichtung 10a ist in diesem Ausführungsbeispiel als eine Tellerfeder 11 ausgebildet. Die Tellerfeder 11 ist in seiner Grundform als ein Ring und/oder Ringscheibe ausgebildet und koaxial und/oder konzentrisch zur Hauptachse H ausgebildet. Die Tellerfeder 11 ist in der Aufnahmenut 8 angeordnet. Die Tellerfeder 11 ist beispielsweise aus einem Federstahl gefertigt und weist eine elastisch verformbare Geometrie auf, um die Vorspannkraft F zu erzeugen. Unter Erzeugung der Vorspannkraft F ist das Speichern und die Abgabe von potentieller Energie zu verstehen. Die Tellerfeder 11 weist einen Innendurchmesser und einen Außendurchmesser auf, wobei der Innendurchmesser einen Innentellerfederkontaktkantenabschnitt 11a und der Außendurchmesser einen Außentellerfederkontaktkantenabschnitt 11b aufweist. Die beiden Tellerfederkontaktabschnitte 11a,b sind in axialer Richtung versetzt ausgebildet, wobei die beiden Tellerfederkontaktabschnitte 11a,b jeweils mit einem ersten und einem zweiten Federungspartner in Kontakt stehen. Die Tellerfeder 11 ist über die beiden Tellerfederkontaktabschnitte 11a,b mit dem ersten und zweiten Federungspartnern wirkverbunden, wobei der Innentellerfederkontaktkantenabschnitt 11a mit der ersten Axiallagerscheibe 7a als ersten Federungspartner und der Außentellerfederkontaktkantenabschnitt 11 b über die Ringfläche 9 der Aufnahmenut 8 mit dem Losrad 3 als zweiten Federungspartner wirkverbunden ist.
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Die Federeinrichtung 10a ist mit dem ersten Axiallager 5 in der Aufnahmenut 8 angeordnet, wobei die Federeinrichtung 10 zwischen der Ringfläche 9 und dem ersten Axiallager 5 positioniert ist. Die Federeinrichtung 10a überträgt die Vorspannkraft F auf das Losrad 3 in axialer Richtung, wobei die Federeinrichtung 10a sich an dem ersten Axiallager 5 in axialer Richtung abstützt. Das erste Axiallager 5 ist beispielsweise mit einer Welle (nicht gezeigt) des Getriebes zum Abwälzen wirkverbunden. Losradanordnungen weisen allgemein Losräder auf, welche auf einer Welle aufgenommen sind und zu dieser relativ verdrehbar ausgebildet sind. Folglich können Welle und Losrad unterschiedliche Drehzahlen aufweisen.
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Die Federeinrichtung 10a spannt das Losrad 3 gegen die Welle des Getriebes vor, wobei eine Relativverdrehung des Losrades 3 gegenüber der Welle ausführbar ist. Damit das Losrad 3 die Relativverdrehung ausüben und gleichzeitig eine Axiallast L aufnehmen kann, wälzt das erste Axiallager 5 an der Welle, beispielsweise an einem radialen Wellenschulterabschnitt der Welle, ab. Durch das erste Axiallager 5 ist das Losrad 3 bei auftretender Axiallast L gegenüber der Welle entkoppelt, sodass das Losrad 3 nahezu reibungsfrei auf der Welle verdrehbar ist. Die Axiallast L kann beispielsweise durch ein in die Schaltradaußenverzahnung 4 eingreifendes Zahnrad und/oder bei der Vorsynchronisierung entstehen und auf das Losrad 3 wirken. Die Vorspannkraft F wirkt der Axiallast L entgegen. Vorteilhaft ist, wenn die Axiallast L durch die Vorspannkraft F aufgehoben wird und/oder aufhebbar ist.
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In der 2 ist eine Synchronisierungsvorrichtung 2 für ein Fahrzeuggetriebe in einer schematischten Darstellung als Längsschnitt gezeigt. Die Synchronisierungsvorrichtung 2 weist die Losradanordnung 1 aus 1 in einer möglichen konstruktiven Umsetzung der Erfindung als ein weiteres Ausführungsbeispiel auf. Das Losrad 3 der Losradanordnung 1 ist als ein Schaltrad 3a der Synchronisierungsvorrichtung 2 ausgebildet und wir im weiteren als Schaltrad 3a bezeichnet.
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Die Synchronisierungsvorrichtung 2 weist eine Welle 13 auf, wobei die Welle 13 beispielsweise als Getriebewelle ausgebildet ist und eine oder mehrere Verzahnungen aufweist. Beispielsweise ist die Getriebewelle als eine Hauptwelle eines Gangwechselgetriebes oder eines Automatikgetriebes eines Fahrzeuges ausgebildet. Die Welle 13 definiert mit ihrer Rotationsachse eine Hauptachse H. Die Welle 13 weist eine Formschlussaufnahme 14 und eine Wellenaufnahmeabschnitt 15 auf.
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Die Synchronisierungsvorrichtung 2 weist einen Tragkörper 16 auf, wobei der Tragkörper 16 mit der Welle 13 über die Formschlussaufnahme 14 formschlüssig verbunden ist. Beispielsweise weist die Formschlussaufnahme 14 in axialer Richtung ausgebildete und in Umlaufrichtung angeordnete Zähne oder Nuten zum formschlüssigen Verbinden mit dem Tragkörper 16 auf, wobei der Tragkörper 16 einen Innendurchmesser mit einer Gegenkonturen aufweist, wobei beispielsweise der Tragkörper 16 zum Verbinden auf die Welle 13 aufgeschoben wird und/oder aufschiebbar ist. Der Tragkörper 16 ist drehfest mit der Welle 13 verbunden.
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Die Synchronisierungsvorrichtung 2 weist eine Schaltmuffe 17 auf, welche eine umlaufende Nut 18 trägt, in die beispielsweise eine Schaltgabel eingreifen kann. Die Schaltmuffe 17 ist in axialer Richtung in Bezug auf die Hauptdrehachse H verschiebbar auf dem Tragkörper 16 angeordnet. Der Tragkörper 16 trägt eine Außenverzahnung, die Schaltmuffe 17 trägt eine Innenverzahnung, welche in die Außenverzahnung des Tragkörpers 16 eingreift. Außenverzahnung und Innenverzahnung sind in axialer Richtung zu der Hauptdrehachse H ausgerichtet, sodass die Schaltmuffe 17 in axialer Richtung in Richtung des Schaltrads 3a oder in Richtung eines weiteren Schaltrads verschoben werden kann, jedoch in Umlaufrichtung um die Hauptdrehachse H formschlüssig miteinander verbunden sind.
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Zwischen dem Schaltrad 3a beziehungsweise dem weiteren Schaltrad und dem Tragkörper 16 ist jeweils ein Synchronringpaket 19a, b angeordnet. Das weitere Schaltrad auf der linken Seite ist nur teilweise eingezeichnet. Die Synchronringpakete 19a,b weisen jeweils einen Synchronaußenring 20a, b, einen Reibring 21 a,b und einen Synchroninnenring 22a,b auf. Die Synchronringpakete 19a,b sind jeweils als ein Mehrfachkonussynchronringpaket ausgebildet. Der Synchroninnenring 22a ist drehfest mit dem Schaltrad 3a gekoppelt. Der Synchronaußenring 20a kann über den Reibring 21a reibschlüssig mit dem Synchroninnenring 22a verbunden werden.
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In der Schaltmuffe 17 ist ein Druckstück 23 angeordnet, welches gemeinsam mit der Schaltmuffe 17 in axialer Richtung zu der Hauptdrehachse H verschoben werden kann. Beispielsweise weist die Synchronisierungsvorrichtung 2 mehrere Druckstücke 23 auf, wobei die Druckstücke 23 in Umlaufrichtung um die Hauptachse H angeordnet sind. So ist in der 3 gezeigt, wie die Schaltmuffe 17 gemeinsam mit dem Druckstück 23 in Richtung des Schaltrads 3a verfahren ist und das Druckstück 13 mit einer Synchronisierungskraft S gegen den Synchronaußenring 20a drückt, sodass dieser in Reibschluss mit dem Reibring 21a und der Reibring 21a in Reibschluss mit dem Synchroninnenring 22a geht. Dadurch wird das Synchronringpaket 19a mit dem Tragkörper 16 und damit mit der Welle 13 mitgedreht. Über die reibschlüssigen Verbindungen wird schließlich auch das Schaltrad 3a mitgedreht, sodass sich Schaltrad 3a und Welle 13 und damit auch Schaltmuffe 17 im Rahmen einer Vorsynchronisierung auf eine gleiche Drehzahl einstellen.
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Die Synchronisierungsvorrichtung 2 weist eine Lageranordnung 24 auf. Die Lageranordnung 24 weist ein Radiallager 25, das erste Axiallager 5 und ein zweites Axiallager 26 auf. Das Radiallager 25 ist als ein Nadelkranz ausgebildet und weist mehrere Nadelrollen als Wälzkörper auf. Die Nadelrollen sind in einem einreihigen Käfig geführt. Alternativ ist das Radiallager 25 als ein zweireihiger Nadelkranz ausgebildet. Das Radiallager 25 ist auf der Welle 13 aufgenommen, wobei das Radiallager 25 in dem Wellenaufnahmeabschnitt 15 angeordnet ist. Der Wellenaufnahmeabschnitt 15 weist einen Wellenschulterabschnitt 15a und einen Hauptaufnahmeabschnitt 15b auf. Das Radiallager 25 wälzt an dem Hauptaufnahmeabschnitt 15b der Welle 13 direkt ab, wobei das Radiallager 25 das Schaltrad 3a verdrehbar auf der Welle 13 trägt.
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Das erste Axiallager 5 ist an dem Schaltrad 3a, wie in 1 gezeigt, in der Aufnahmenut 8 angeordnet. Das erste Axiallager 5 weist eine zweite Axiallagerscheibe 7b auf, wobei die Nadelrollen 6a an der ersten und an der zweiten Axiallagerscheibe 7a,7b abwälzen. Die zweite Axiallagerscheibe 7b stützt sich an dem Wellenschulterabschnitt 15a ab. Die Vorspanneinrichtung 10 beaufschlagt das Schaltrad 3a mit der Vorspannkraft F, wobei die Vorspanneinrichtung 10 sich über die erste Axiallagerscheibe 7a, den Nadelrollen 6a und der zweiten Axiallagerscheibe 7b an der Welle 13 über den radialen Wellenschulterabschnitt 15a abstützt.
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Das zweite Axiallager 26 der Lageranordnung 24 ist dem ersten Axiallager 5 gegenüberliegend am Schaltrad 3a angeordnet. Das zweite Axiallager 26 weist einen Satz Nadelrollen 27, einen Käfig und eine Axiallagerscheibe 7c auf. Das zweite Axiallager 26 ist auf der Welle 13 aufgenommen und zwischen dem Schaltrad 3a und dem Tragkörper 16 angeordnet. Das zweite Axiallager 26 beziehungsweise die Nadelrollen 27 wälzen direkt an einer radialen Seitenfläche des Schaltrades 3a und der Axiallagerscheibe 7c ab, wobei die Axiallagerscheibe 7c sich dabei an einer gegenüberliegenden radialen Seitenfläche des Tragkörpers 16 abstützt. Alternativ oder optional ergänzend weist das zweite Axiallager 26 eine weitere Axiallagerscheibe zum Abwälzen der Nadelrollen 27 auf oder die Nadelrollen 27 wälzen direkt an den beiden radialen Seitenflächen des Schaltrades 3a und des Tragkörpers 16 ab.
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Die Vorspanneinrichtung 10 beziehungsweise die Federeinrichtung 10a als eine gewölbte Ringscheibe 12 als ein weiteres Ausführungsbeispiel ausgebildet. Die gewölbte Ringscheibe 12 ist in der Aufnahmenut 8 des Schaltrades 3 angeordnet. Die gewölbte Ringscheibe 12 weist eine gewölbte Ringkontaktfläche 12c und einen Außen- und einen Innenringkontaktkantenabschnitt 12a,b auf. Die Ringkontaktfläche 12c ist als eine gewölbte Seitenfläche der gewölbten Ringscheibe 12 ausgebildet und erzeugt dadurch eine elastische Geometrie zum Speichern und Abgaben von potentieller Energie. Die Ringkontaktfläche 12c kontaktiert das erste Axiallager 5 zumindest teilweise mit der gewölbten Seitenfläche in Umlaufrichtung um die Hauptachse H. Die beiden Ringkontaktkantenabschnitte 12a,b sind mit dem Schaltrad 5 wirkverbunden, wobei die beiden Ringkontaktkantenabschnitte 12a,b sich an der Ringfläche 9 abstützten.
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In der 3 ist die Synchronisierungsvorrichtung 2 in einer schematischen Längsschnittdarstellung aus der 2 gezeigt, wobei die Schaltmuffe 17 in einer Vorsynchronisierungsposition verschoben ist. Beim Verschieben der Schaltmuffe 17 von einer Neutalposition (in 2 gezeigt) in die Vorsynchronisierungsposition ist das Druckstück 23 mitführbar, wobei das Druckstück 23 die Synchronisierungskraft S auf das Synchronringpaket 19a überträgt. Ein Teil der Synchronisierungskraft S wird als eine Axiallast L auf das Schaltrad 3a übertragen, wobei die Vorspannkraft F der Vorspanneinrichtung 10 beziehungsweise der Federeinrichtung 10a entgegengerichtet zu der Synchronisierungskraft S wirkt.
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Die 3 zeigt die Synchronisierungsvorrichtung 2 beziehungsweise die Schaltmuffe 17 in der Vorsynchronisierungsposition, wobei die Schaltmuffe 17 weiter in eine Verbindungsposition (nicht gezeigt) verschiebbar ist. In der Verbindungsposition ist die Schaltmuffe 17 weiter in axialer Richtung zu dem Schaltrad 3a verfahren, wobei das Schaltrad 3a eine Kupplungsverzahnung 29 aufweist, wobei die Kupplungsverzahnung 29 mit der Innenverzahnung der Schaltmuffe 17 formschlüssig verbindbar ist, sodass das Schaltrad 3a mit der Schaltmuffe 17 drehfest gekoppelt ist, die Schaltmuffe 17 mit dem Tragkörper 16 drehfest gekoppelt ist und der Tragkörper 16 drehfest mit der Welle 13 gekoppelt ist. Insgesamt ist in dieser synchronisierten Verbindungsposition der Schaltmuffe 17 das Schaltrad 3a mit der Welle 13 drehfest gekoppelt.
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Die Synchronisierungsvorrichtung 2 ist als eine Mehrkonus-Synchronisationsvorrichtung ausgebildet, wobei bei der Vorsynchronisierung die Schaltmuffe 17 verschoben und das Druckstück mitgenommen wird, sodass die Synchronisierungskraft S auf das Synchronringpaket 19a wirkt, wobei ein Reibmoment zwischen dem Reibring 21a und dem Synchronaußen- und Synchroninnenring 20a,22a aufgebaut wird und/oder aufbaubar ist. Durch die Ausgestaltung des Synchronringpakets 19a als Konen mit mehreren konischen Reibflächen ist ein Teil der Synchronisierungskraft S von dem Synchroninnenring 22a in axialer Richtung auf das Schaltrad 3a übertragbar. Die Reibflächen sind umlaufend auf dem Reibring 21a und dem Synchronaußen- und Synchroninnenring 20a,22a ausgebildet, wobei die Reibflächen einen Winkelversatz zur Hauptachse H aufweisen. Ein Teil der Synchronisierungskraft S wird in Reibenergie zur Erzeugung des Reibmoments umgewandelt, wobei ein anderer Teil der Synchronisierungskraft S als die Axiallast L auf das Schaltrad 3a wirkt. Dem übertagbaren Teil der Synchronisierungskraft S beziehungsweise der Axiallast L steht die Vorspannkraft F der Vorspanneinrichtung 10 in axialer Richtung entgegen, wobei die Vorspannkraft F den Teil der Synchronisierungskraft S und/oder der Axiallast L aufhebt. Vorteilhaft ist, dass durch das Aufheben des Teiles der Synchronisierungskraft S und/oder der Axiallast L durch die Vorspannkraft F das Axialspiel des Schaltrades 3a beim Synchronisieren mit dem Tragkörper 16 reduziert und/oder aufgehoben wird, sodass eine verbesserte Synchronisierungsvorrichtung 2 geschaffen ist, welche beispielsweise geringere Schaltzeiten und/oder einen niedrigeren Verschleiß aufweist.
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Der Synchronaußenring 20a weist eine Dachverzahnung 30 auf, wobei die Dachverzahnung 30 an einem Außendurchmesser des Synchronringpaket 19a angeordnet und in Umlaufrichtung ausgebildet ist, wobei die Dachverzahnung mit der Innenverzahnung der Schaltmuffe 17 formschlüssig verbindbar ist. Durch das Zusammenspiel an den Dachverzahnung 30 des Synchronaußenrings 20a und der Schaltmuffe 17 wird das Reibmoment an den Konen weiter aufgebaut und die Drehzahlen werden angeglichen. Sind die Drehzahlen angeglichen, können die Innenverzahnung der Schaltmuffe 17 und die Dachverzahnung 30 des Synchronaußenrings 20a verdreht und/oder entsperrt werden, um das Durchschalten der Schaltmuffe in die Verbindungsposition zu ermöglichen. Die Innenverzahnung der Schaltmuffe 17 ist in die Kupplungsverzahnung 29 des Schaltrades 3a einspurbar, sodass nach dem Einspuren das Drehmoment über die Innenverzahnung der Schaltmuffe 17 zum Schaltrad 3a übertragbar ist. Somit ist die Welle 13 über den Tragkörper 16 und der Schaltmuffe 17 mit dem Schaltrad 3a verbunden.
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Die 4 zeigt die Synchronisierungsvorrichtung 2 wie in den 2 und 3 mit der Lageranordnung 24 in einem weiteren Ausführungsbeispiel. Die Lageranordnung 24 weist das Radiallager 25 und das erste Axiallager 5 mit der ersten und der zweiten Axiallagerscheibe 7a,b auf. Die Synchronisierungsvorrichtung 2 weist die Vorspanneinrichtung 10 auf, wobei die Vorspanneinrichtung 10 mit dem ersten Axiallager 5 wirkverbunden ist. Die Vorspanneinrichtung 10 übertragt die Vorspannkraft F auf das Schaltrad 3a, wobei die Vorspanneinrichtung 10 sich an dem ersten Axiallager 5 abstützt.
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Das Schaltrad 3a ist durch die Vorspannkraft F entgegen dem Tragkörper 16 gespannt, wobei das Schaltrad 3a sich an dem Tragkörper 16 in axialer Richtung in Bezug auf die Hauptachse H abstützt. Das Schaltrad 3a ist relativ zum Tragkörper 16 verdrehbar, wobei in einem unsynchronisierten Zustand der Synchronisierungsvorrichtung 2 das Schaltrad 3a und der Tragkörper 16 unterschiedliche Drehzahlen aufweisen. Das Schaltrad 3a gleitet bei der Relativverdrehung an dem Tragkörper 16 ab, wobei zwei Abgleitkontaktflächen 28 zwischen dem Schaltrad 3a und dem Tragkörper 16 ausgebildet sind. Das Schaltrad 3a weist eine radiale Seitenfläche und der Tragkörper 16 eine radiale Gegenseitenfläche auf, wobei die radiale Seitenfläche des Schaltrades 3a und die radiale Gegenseitenfläche des Tragkörpers 16 als die zwei Abgleitkontaktflächen 28 ausgebildet sind. Vorteilhaft ist, dass bei dieser konstruktiven Ausführungsbeispiel auf eine weitere axiale Lagereinrichtung verzichtet werden kann, sodass eine kostengünstige Synchronisierungsvorrichtung 2 geschaffen ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Losradanordnung
- 2
- Synchronisierungsvorrichtung
- 3
- Losrad
- 3a
- Schaltrad
- 4
- Schaltradaußenverzahnung
- 5
- erstes Axiallager
- 6a
- Nadelrollen
- 6b
- Axialkäfig
- 7a
- erste Axiallagerscheibe
- 7b
- zweite Axiallagerscheibe
- 7c
- Axiallagerscheibe
- 8
- Aufnahmenut
- 9
- Ringfläche
- 10
- Vorspanneinrichtung
- 10a
- Federeinrichtung
- 11
- Tellerfeder
- 11a
- Innentellerfederkontaktkantenabschnitt
- 11 b
- Außentellerfederkontaktkantenabschnitt
- 12
- gewölbte Ringscheibe
- 12a
- Außenringkontaktkantenabschnitt
- 12b
- Innenringkontaktkantenabschnitt
- 12c
- Ringkontaktfläche
- 13
- Welle
- 14
- Formschlussaufnahme
- 15
- Wellenaufnahmeabschnitt
- 15a
- Wellenschulterabschnitt
- 15b
- Hauptaufnahmeabschnitt
- 16
- Tragkörper
- 17
- Schaltmuffe
- 18
- Nut
- 19a,b
- Synchronringpakete
- 20a,b
- Synchronaußenringe
- 21a,b
- Reibringe
- 22a,b
- Synchroninnenringe
- 23
- Druckstück
- 24
- Lageranordnung
- 25
- Radiallager
- 26
- zweites Axiallager
- 27
- Nadelrollen
- 28
- Abgleitkontaktflächen
- 29
- Kupplungsverzahnung
- 30
- Dachverzahnung
- H
- Hauptachse
- F
- Vorspannkraft
- S
- Synchronisierungskraft
- L
- Axiallast
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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