DE10335477A1

DE10335477A1 - Ganghaltesystem

Info

Publication number: DE10335477A1
Application number: DE2003135477
Authority: DE
Inventors: Klaus Holl
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2003-08-02
Filing date: 2003-08-02
Publication date: 2005-02-17

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Ganghaltesystem für das Schaltgetriebe eines Kraftfahrzeuges, wobei das Schaltgetriebe mit einer Synchronisiereinrichtung versehen ist, die Schiebemuffen, Synchronisierkörper und Kupplungskörper aufweist und wobei das Ganghaltesystem in Gestalt einer Parallel-Hinterrollung an der Schiebemuffe ausgebildet ist. Die Parallel-Hinterrollung (10) erstreckt sich nur über einen Teil der Schiebemuffe (1) und verläuft daran anschließend parallel zum benachbarten konisch ausgebildeten Zahn (13) des Kupplungskörpers (8).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ganghaltesystem für das Schaltgetriebe eines Kraftfahrzeuges, wobei das Schaltgetriebe mit einer Synchronisiereinrichtung versehen ist, die Schiebemuffen, Synchronkörper und Kupplungskörper aufweist, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Für die Übertragung der Antriebsleistung und die Anpassung des Motordrehmoments an den Zugkraftbedarf eines Fahrzeuges werden in erster Linie mehrstufige Zahnradgetriebe eingesetzt, bei denen zur Vereinfachung der Getriebeschaltung Synchronisiereinrichtungen verwendet werden, sodass eine Drehzahlanpassung der miteinander zu verbindenden Getriebebauteile selbsttätig oder gesteuert erfolgt, um dadurch das Doppelkuppeln beim Hochschalten bzw, das Doppelkuppeln mit Zwischengasgeben beim Rückschalten zu vermeiden. Da ein Gangwechsel damit auch in kritischen Fahrsituationen schnell, sicher und ohne merkliche Geräuschentwicklung möglich ist, wird die Fahrsicherheit erhöht.

Aus der DE A 44 44 380 ist eine Synchronisiereinrichtung für Stufenwechselgetriebe von Kraftfahrzeugen bekannt, die der Drehzahlangleichung einer die Synchronisierung tragenden ersten Welle an wenigstens ein Zahnrad oder eine zweite Welle dient, mit einem auf der ersten Welle drehfest angeordneten Synchronkörper, einer auf dem Synchronkörper drehfest aber axial verschiebbar gelagerten Schiebemuffe, wenigstens einem an dem zu schaltenden Zahnrad oder der zu schaltenden Welle vorgesehenen Kupplungskörper mit Reibeinrichtung und Sperreinrichtungen zur Vermeidung der Verbin dung von Kupplungskörper und Schiebemuffe, bevor die Angleichung der Drehzahlen erfolgt ist.

Ganz allgemein gesagt erfüllt eine Synchronisiereinrichtung mehrere Aufgaben, nämlich die Anpassung der Drehzahlen zweier unterschiedlich schnell rotierender Getriebebauteile und der mit ihnen verbundenen Elemente, sodass eine formschlüssige Verbindung beim Gangwechsel ohne Ratschgeräusch ermöglicht wird, das Sperren der formschlüssigen Verbindung bis zum Gleichlauf der zu verbindendenden Bauteile um so außer dem Ratschgeräusch auch eine eventuelle Beschädigung der für den Formschluss vorgesehenen Getriebebauteile zu verhindern, das Lösen der Sperre bei Erreichen des Gleichlaufs, die Drehzahlanpassung innerhalb kurzer Zeit mit nur geringen Schaltkräften und eine hohe Betriebssicherheit auch bei ungünstigen Bedingungen wie kaltem Getriebeöl oder heftigen Schaltvorgängen durch den Fahrer.

Bei vielen synchronisierten Fahrzeuggetrieben werden Synchronisiereinrichtungen für jeden einzelnen Gang eingesetzt. Weite Verbreitung hat dabei die Sperrsynchronisierung mit Konus gefunden. Bei diesen Systemen werden konische Reibkegel für die kraftschlüssige Drehzahlanpassung der miteinander zu verbindenden Getriebebauteile eingesetzt. Diese Art der Synchronisierung findet sowohl in Getrieben für Personenwagen als auch in Getrieben für Nutzfahrzeuge Verwendung. Dabei werden Zahnrad und zugehöriger Kupplungskörper verdrehsicher miteinander verbunden.

Der Kupplungskörper weist einen konischen Reibkegel auf und trägt außerdem die Schaltverzahnung. Die Schiebemuffe ist verdrehfest aber axial verschiebbar auf dem Syn chronkörper, der fest auf der Getriebehauptwelle sitzt, angeordnet.

Zwischen Kupplungskörper und Synchronkörper ist ein Synchronring angeordnet, der gegenüber dem Synchronkörper eine durch Anschläge begrenzte Drehbewegung ausführen kann. Der Synchronring ist ebenfalls mit einem Reibkonus versehen und trägt am Außendurchmesser eine Sperrverzahnung.

Im Leerlauf befindet sich die Schiebemuffe in axialer Mittelstellung. Die Zahnräder können sich frei auf der Getriebehauptwelle drehen. Durch axiales Verschieben der Schiebemuffe wird der Synchronring gegen den konischen Reibkegel des Kupplungskörpers gedrückt. Durch den Drehzahlunterschied der zu kuppelnden Bauteile wird der Synchronring relativ zur Schiebemuffe bis zum Anschlag verdreht. Die Sperrverzahnung verhindert in dieser Stellung die weitere axiale Verschiebung der Schiebemuffe.

Übt der Fahrer Druck auf den Schalthebel aus, wird dieser über das Schaltgestänge auf die Schiebemuffe übertragen. Die dabei auf die Schiebemuffe einwirkende axiale Schaltkraft wird über die angeschrägte Verzahnung auf die Reibkegel von Synchronring und Kupplungskörper übertragen, am Reibkegel verstärkt und in ein Drehmoment umgewandelt, wodurch eine Verminderung der Drehzahldifferenz herbeigeführt wird und zwar umso schneller, je größer die Schaltkraft und damit das Synchronisierdrehmoment sind.

Die Anschrägung der Sperrverzahnung ist meist derart ausgelegt, dass das mittels Schaltkraft über die Schiebemuffe am Synchronring erzeugte Drehmoment kleiner ist als das ihm entgegen gesetzt wirkende Reibmoment am Konus. Nach Erreichen des Gleichlaufs wird der Synchronring durch den anhaltenden Schaltdruck der Schiebemuffe soweit zurück gedreht, bis die Zähne der Schiebemuffe vor den Zahnlücken der Synchronringes stehen und ein Durchtritt durch die Sperrverzahnung zum geräuschlosen Einlegen des Ganges möglich ist.

Eine weitere Sperrsynchronisierung ist aus der WO 8501998 bekannt. Diese darin beschriebene Sperrsynchronisierung ist derart ausgelegt, dass der mit einer Außenverzahnung versehene Synchronring beim Anpressen an den Reibkegel des Kupplungskörpers eine durch Anschläge am Synchronkörper begrenzte Drehbewegung ausführt. Diese Verdrehung hat zur Folge, dass sich die angeschrägten Zahnstirnflächen des Synchronringes gegen diejenigen der Schiebemuffe pressen und somit ein Weiterbewegen der Muffe verhindern. Erst wenn die Kegelreibflächen den Gleichlauf der zu kuppelnden Bauteile herbeigeführt haben, bewirkt der anhaltende Druck der Schiebemuffe ein Zurückdrehen des Synchronringes. Die Sperre ist dadurch gelöst und die Schiebemuffe wird in die Verzahnung des Kupplungskörpers eingeschoben.

Im Leerlauf befindet sich die Schiebemuffe in ihrer axialen Mittelstellung, wobei Rasterbolzen durch Federn in entsprechende Rasten der Schiebemuffe eingreifen können. Die Losräder sind dadurch auf ihrer Welle frei drehbar, wobei der Drehzahlunterschied zwischen dem Synchronring und dem Kupplungskörper sowie das Schleppmoment zwischen ihren Reibflächen dafür sorgen, dass der Synchronring am Verdrehanschlag der Schiebemuffe anliegt. Die angeschrägten Zahnstirnflächen von Schiebemuffe und Synchronring stehen einander gegenüber.

In der Sperrstellung hat die Schiebemuffe zunächst den Synchronring auf den Reibkonus des Kupplungskörpers überführt, sodass die Zahnstirnflächen die Weiterleitung der Schaltkraft von der Schiebemuffe direkt an den Synchronring übernehmen können. Solange ein Drehzahlunterschied zwischen Synchronkörper und Kupplungskörper besteht, ist das Reibmoment an den Kegelreibflächen von Synchronring und Kupplungskörper größer als das Rückstellmoment durch die angeschrägten Zahnstirnflächen. Die Schiebemuffe ist deshalb gegen Durchschalten in den Kupplungskörper gesperrt. Erst wenn der Drehzahlunterschied zwischen Synchronring und Kupplungskörper ausgeglichen ist und dadurch das Reibmoment aufgehoben wird dreht die Schiebemuffe den Synchronring in die Stellung zurück, in der ein Zahn einer Zahnlücke gegenüber steht. Über die Sperrverzahnung des Synchronringes hinweg wird danach die Schiebemuffe in die ebenfalls stirnseitig angeschrägte Verzahnung des Kupplungskörpers bewegt.

Um bei mit derartigen Synchronisiereinrichtungen ausgerüsteten Schaltgetrieben zu verhindern, dass ein eingelegter Gang ungewollt herausspringt, ist es bekannt, ein Ganghaltesystem vorzusehen. Zu diesem Zweck wird bei einer bekannten Ausgestaltung eine konische Einrollung an der Schiebemuffe vorgesehen, die dafür sorgt, dass der eingelegte Gang bei der Momentübertragung durch die schrägen Zähne der Schiebemuffe und des Kupplungskörper sicher gehalten wird und ein Herausspringen verhindert wird.

Eine andere Ausgestaltung eines Ganghaltesystems besteht darin, eine Parallel-Hinterrollung an der Schiebemuffe vorzusehen, wodurch der Absatz der Einrollung im Fall eines eingelegten Ganges den Synchronkörper hintergreift und dadurch ebenfalls ein Herausspringen des eingelegten Ganges verhindert. Diese Art Ganghaltesystem kommt vorzugsweise bei sogenannten Doppelkonus-Synchronisiereinrichtungen zum Einsatz.

Eine weitere Ausgestaltung eines derartigen Ganghaltesystems sieht eine Hinterhakung-Einrollung an der Schiebemuffe vor, sodass die vordere Kante der Einrollung sich am konischen Zahn des Kupplungskörpers festhalten kann, um dadurch das Herausspringen des eingelegten Ganges zu verhindern. Diese Art Ganghaltesystem kommt häufig bei Schaltgetrieben für Personenwagen und kleinere Nutzfahrzeugen zum Einsatz.

Die bei den erwähnten Ganghaltesystemen vorzunehmenden Einrollungen der Schiebemuffe mittels einer Kaltverformung bedingen eine Materialverdrängung, die oftmals zu einer unerwünschten Verformung der Schiebemuffe durch dabei auftretende mechanische Spannungen führt. Aus diesem Grund wird angestrebt, das tatsächliche Ausmaß der Einrollung im Rahmen der Fertigungstoleranz so klein wie möglich zu halten, dem jedoch im Hinblick auf ein sicheres Halten des eingelegten Ganges Grenzen gesetzt sind, die aus konstruktiven Gründen nicht unterschritten werden dürfen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Ganghaltesystem mittels Einrollung der Schiebemuffe zu schaffen, das eine verringerte Einrolllänge aufweist, sodass keine mechanischen Spannungen mehr zu einer Verformung der Schiebemuffe führen und das trotzdem ein sicheres Halten des eingelegten Ganges gewährleistet.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den im Patentanspruch angegebenen Merkmalen.

Gemäss der Erfindung wird also vorgesehen, dass die bisher parallel zur Verzahnung der Schiebemuffe ausgebildete Einrollung nur teilweise entlang der Schiebemuffe parallel ausgeführt wird und daran anschließend konisch und damit parallel zum entsprechenden Zahn des Kupplungskörpers verläuft.

Diese erfindungsgemäße Ausgestaltung des Ganghaltesystems führt zu einer erheblichen Längenreduzierung des parallelen Einrollung und damit zu einer Verringerung der durch das Kaltverformen bedingten Materialverdrängung, die bis zu 50% der bisher erforderlichen Materialverdrängung beträgt. Damit wird zuverlässig verhindert, dass durch den Fertigungsvorgang der Kaltverformung bei der Ausbildung der Einrollung mechanische Spannungen in der Schiebemuffe auftreten.

Im Folgenden wird die Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert; darin zeigen:
1A schematisch ein Ganghaltesystem mittels der bekannten Parallel-Hinterrollung,
1B schematisch ein Ganghaltesystem mittels der bekannten Hinterhakung-Einrollung,
1C schematisch ein Ganghaltesystem mittels der bekannten konischen Einrollung und
2 schematisch das erfindungsgemäße Ganghaltesystem.
Schaltgetriebe mit Synchronisiereinrichtungen und Ganghaltesystemen sind dem Fachmann bekannt, sodass in der Zeichnung nur die für das Verständnis der Erfindung erforderlichen Bauteile dargestellt sind und im Folgenden beschrieben werden.
In 1A ist mit 1 die Schiebemuffe, mit 2 ein Kupplungskörper, mit 3 ein Synchronkörper und mit x der Grad der Überdeckung zwischen Kupplungskörper 2 und Schiebemuffe 1 bezeichnet. Bei diesem Ganghaltesystem mittels Parallel-Hinterrollung kommt der Absatz der Einrollung 4 im geschalteten Zustand des Ganges hinter dem Synchronkörper 3 zu liegen und verhindert das Herausspringen des eingelegten Ganges.
In 1B ist mit 1 die Schiebemuffe, mit 5 ein Kupplungskörper, mit x der Grad der Überdeckung zwischen dem Kupplungskörper 5 und der Schiebemuffe 1, mit y der Abstand der Zahnspitze der Schiebemuffe 1 vom Überdeckungsbereich, mit z der Abstand der Zahnspitze des Kupplungskörpers 5 vom Überdeckungsbereich und mit 6 je ein Anschlag der beiden Zahnspitzen von Schiebemuffe und Kupplungskörper bezeichnet, die einen Abstand u voneinander entfernt sind, wobei der Grad der Überdeckung von Schiebemuffe und Kupplungskörper durch die folgende Beziehung x = u – (y + z) festgelegt ist. Bei dieser bekannten Hinterhakung-Einrollung wird die vordere Kante 7 der Einrollung der Schiebemuffe 1 am konischen Zahn des Kupplungskörpers 5 festgehalten.
In 1C ist mit 1 die Schiebemuffe, mit 5 ein Kupplungskörper, mit 6 je ein Anschlag der beiden Zahnspitzen von Schiebemuffe 1 und Kupplungskörper 5, mit u der Abstand der beiden Zahnspitzen von Schiebemuffe und Kupplungskörper voneinander, mit x der Grad der Überdeckung zwischen Schiebemuffe 1 und Kupplungskörper 5, mit y der Abstand der konischen Spitze des Zahnes der Schiebemuffe vom Bereich der Überdeckung und mit z der Abstand der konischen Spitze des Zahnes des Kupplungskörpers vom Bereich der Überdeckung bezeichnet, wobei der Grad der Überdeckung von Schiebemuffe und Kupplungskörper ebenfalls durch die Beziehung x = u – (y + z) festgelegt ist. Bei diesem Ganghaltesystem mit konischer Hinterrollung wird der eingelegte Gang bei der Momentübertragung durch die konisch ausgestalteten Zähne der Schiebemuffe 1 und des Kupplungskörpers 5 sicher gehalten.
2 zeigt einen Teilschnitt in vergrößerter Darstellung eines erfindungsgemäß ausgestalteten Ganghaltesystems. Hierbei ist der parallel zur Zahnkante 9 der Schiebemuffe 11 verlaufende Einrollbereich 10 nur über einen Teil der Schiebemuffe 11 parallel ausgebildet, wobei die Länge dieser parallelen Ausbildung so groß bemessen ist, wie es für den angestrebten Zweck unbedingt erforderlich ist, während der restliche Teil 12 konisch und damit parallel zum benachbarten Zahn 13 des Kupplungskörpers 8 ausläuft. Gegenüber der in 1B gezeigten Anordnung werden die beiden Flächen 14 und 15 stehengelassen und nicht entfernt.
Diese Ausgestaltung verringert, wie bereits erwähnt, die Längenausdehnung der bisher üblichen Parallel-Hinterrollung in erheblicher Weise, je nach der verwendeten Schiebemuffe, wodurch bei der Fertigung der Schiebemuffe durch Kaltverformung entsprechend weniger Material verdrängt werden muss. Die Einsparung an Materialverdrängung kann bis zu 50% betragen, sodass die Entstehung von mechanischen Spannungen und damit Bauteilverformungen verhindert werden.

1: Schiebemuffe
2: Kupplungskörper
3: Synchronkörper
4: Einrollung
5: Kupplungskörper
6: Anschlag
7: Kante
8: Kupplungskörper
9: Zahnkante
10: Einrollbereich
11: Schiebemuffe
12: Teil der Schiebemuffe
13: Zahn
14: Fläche
15: Fläche
u: Abstand
x: Überdeckung
y: Abstand
z: Abstand

Claims

Ganghaltesystem für das Schaltgetriebe eines Kraftfahrzeuges, wobei das Schaltgetriebe mit einer Synchronisiereinrichtung versehen ist, die Schiebemuffen, Synchronisierkörper und Kupplungskörper aufweist und wobei das Ganghaltesystem in Gestalt einer Parallel-Hinterrollung an der Schiebemuffe ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Parallel-Hinterrollung (10) sich nur über einen Teil der Schiebemuffe (11) erstreckt und sich daran anschließend parallel zum benachbarten konisch ausgebildeten Zahn (13) des Kupplungskörpers (8) verläuft.