DE10358229B4

DE10358229B4 - Synchronkupplung

Info

Publication number: DE10358229B4
Application number: DE2003158229
Authority: DE
Inventors: Thomas Schweickert; Werner Schels; Gerhard Kumpf; Kurt Freyboth; Helmut SCHÖBERL; Dieter Weidemann
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2003-12-12
Filing date: 2003-12-12
Publication date: 2006-04-20
Anticipated expiration: 2023-12-13
Also published as: DE10358229A1

Abstract

Synchronkupplung zum Schalten einer Gangstufe in einem Geschwindigkeits-Wechselgetriebe für Kraftfahrzeuge, mit einer innenverzahnten Schaltmuffe, die über einen mit einem Gangzahnrad zusammenwirkenden Kupplungskörper mit einer Außenverzahnung nach Herstellung eines Gleichlaufes schiebbar ist, wobei die Zähne der Außenverzahnung mit einer in Draufsicht gesehen dachförmigen Abschrägung mit an die Zahnflanken anschließenden Schrägflächen versehen sind, die der Kupplungsmuffe zu in einer Vorderkante enden, wobei die Zähne der Außenverzahnung des Kupplungskörpers mit einer stirnseitigen, die Vorderkante radial nach außen verkürzenden und zurücksetzenden Abschrägung versehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Neigungswinkel (α) der Abschrägungen (22f) zur Rotationsebene des Kupplungskörpers (16) so gewählt ist, dass jeweils ein radial innerer Bereich der Vorderkante (22c) bestehen bleibt und dass die radial äußere Kante (Kopfkreis) der Abschrägung (22f) nicht oder nur unwesentlich in die Zahnflanken (22d) der Außenverzahnung (22) einschneidet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Synchronkupplung zum Schalten einer Gangstufe in einem Geschwindigkeits-Wechselgetriebe für Kraftfahrzeuge, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Eine Synchronkupplung ist aus der 1 der DE 199 33 468 A1 bekannt mit einer einstückigen Ausbildung des Gangzahnrades mit dem Kupplungskörper und einer Ausbildung der Zähne der Außenverzahnung des Kupplungskörpers. Wie an sich bekannt, sind die Zähne mit dachförmigen Abschrägungen versehen, die beim Durchschalten der Schaltmuffe nach erfolgter Synchronisierung das Einfädeln der Innenverzahnung der Schaltmuffe in die Außenverzahnung des Kupplungskörpers erleichtern. In der Praxis können sich bei definierten Fahrzuständen, z. B. bei kaltem Wechselgetriebe und dementsprechend zähviskosem Getriebeöl, Schaltgeräusche (sog. Kaltkratzen) und gegebenenfalls örtlicher Verschleiß an der Außenverzahnung des Kupplungskörpers einstellen.

Weiter sind Synchronisiereinrichtungen bekannt ( DE 101 03 423 A1 ); DE 197 11 971 A1 ; DE 196 26 194 A1 ; EP 184 077 B1 ; EP 843 107 A1 ), bei denen die Dachkanten der Verzahnungsgeometrien von Schiebemuffe und Kupplungskörper asymmetrisch der jeweiligen Zahnmittenachsen angeordnet sind. Ein Rücksetzen der Vorderkante ist hier ersichtlich nicht vorgesehen. Das gleiche gilt auch für eine weiter bekannte Synchronisiereinrichtung ( DE 195 42 924 A1 ), bei der ein als Drehmomentverriegelungsmerkmal be zeichnetes Hinterlegungsmerkmal geschaffen werden soll, welches das Endspiel eines schräg verzahnten Rades aufnimmt.

Aus der DE 197 41 613 C1 ist eine gattungsgemäße Synchronkupplung zum Schalten einer Gangstufe in einem Geschwindigkeits-Wechselgetriebe für Kraftfahrzeuge mit einer innen verzahnten Schaltmuffe bekannt, die über einen mit einem Gangzahnrad zusammenwirkenden Kupplungskörper mit einer Außenverzahnung nach Herstellung eines Gleichlaufes schiebbar ist, wobei die Zähne der Außenverzahnung mit einer in Draufsicht gesehen dachförmigen Abschrägung mit an die Zahnflanken anschließenden Schrägflächen versehen sind, die der Kupplungsmuffe zu in einer Vorderkante enden. Die Zähne der Außenverzahnung des Kupplungskörpers sind mit einer stirnseitigen, die Vorderkante radial nach außen verkürzenden und zurücksetzenden Abschrägung versehen. Konkret ist die Abschrägung hier so ausgebildet, dass die Zähne eine vom Zahnfuß zum Zahnkopf hin abfallende gerundete Dachkante aufweisen, wobei der Radius der Dachkantenrundung vom Zahnfuß zum Zahnkopf hin nach einer vorgegebenen Funktion zunimmt. Diese Zunahme kann linear oder aber progressiv, z. B. nach einer Exponentialfunktion oder einer Kreisfunktion erfolgen. Dadurch soll ein besonders leichtgängiges Ineinandergreifen der beiden Verzahnungspartner einer Kuppelverzahnung bewerkstelligt werden, und zwar insbesondere nachdem es bereits zum initialen Kontakt der beiden Verzahnungspartner gekommen ist. Eine derartige Zahngeometrie wirkt sich jedoch negativ auf die Einfädelfunktion der Vorderkanten der Außenverzahnung aus.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine gattungsgemäße Synchronkupplung so weiterzubilden, dass diese bei verringertem, örtlichem Verschleiß auch einen sehr guten Schaltkomfort aufweist.

Diese Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und den Merkmalen des Patentanspruchs 6.

Gemäß dem neuen Patentanspruch 1 ist der Neigungswinkel der Abschrägungen zur Rotationsebene des Kupplungskörpers so gewählt, dass jeweils ein radial innerer Bereich der Vorderkante bestehen bleibt und dass die radial äußere Kante (Kopfkreis) der Abschrägung nicht oder nur unwesentlich in die Zahnflanken der Außenverzahnung einschneidet.

Mit einer derartigen Zahngeometrie kann vorteilhaft eine Reduzierung des Verschleißes an der in der Regel gehärteten und radial außen liegenden Vorderkante (Dachspitze) der Zähne erreicht werden. Ebenso bewirkt eine derartige Zahngeometrie eine Reduzierung derjenigen Fläche, an der die Innenverzahnung der Schiebemuffe anschlagen bzw. hängen bleiben kann, so dass ein „Kratzen" oder „Prellen" beim Durchschaltvorgang erheblich gemindert werden kann. Zudem bleiben durch diese erfindungsgemäße Zahngeometrie sowohl die Konfiguration der Zahnflanken erhalten als auch die Einfädelfunktion der Vorderkanten im Fußkreisbereich der Außenverzahnung, so dass mit dieser erfindungsgemäßen Synchronkupplung ein sehr guter Schaltkomfort bei insgesamt verringertem, örtlichen Verschleiß möglich wird.

Die Abschrägungen können durch eine Anfasung der Zähne der Außenverzahnung hergestellt sein und etwa dreieckförmig von einem radial inneren Bereich der Vorderkante ab zum Kopfkreis der Außenverzahnung verlaufen.

Dabei können die Abschrägungen im Längsschnitt betrachtet plan und/oder verrundet ausgebildet sein, um ein problemloses Durchschalten der Schiebemuffe mit deren Innenverzahnung auf die Außenverzahnung des Kupplungskörpers sicherzustellen.

Der Neigungswinkel der Abschrägungen kann unter Berücksichtigung des Vorstehenden bevorzugt zwischen 15 bis 60 Grad, insbesondere jedoch zwischen 30 bis 45 Grad betragen.

Gemäß Patentanspruch 6 sind die Vorderkanten der Zähne ausgehend vom Zahnfußkreis der Außenverzahnung jeweils von der Zahnmitte aus zur regulären Drehrichtung des Kupplungskörpers geneigt sein.

Alternativ zu einer Abschrägung können die Vorderkanten der Zähne in der Vorderansicht (6) gesehen durch unsymmetrische Ausbildung (Klappen) der Schrägflächen in einem Winkel α zu einer Radialrichtung nach außen verlaufen. Dies entspricht einem Versetzen des radial außen liegenden Endbereiches (Dachspitze) in Umfangsrichtung des Kupplungskörpers mit dem damit verbundenen Reduzieren der Fläche, an der die Innenverzahnung der Schiebemuffe anschlagen bzw. hängen bleiben kann und die dabei das besagte „Kratzen" oder „Prellen" beim Durchschaltvorgang auslösen kann.

Ferner kann durch entsprechende Neigung der Vorderkanten der Zähne der radial äußere Endbereich der Vorderkanten jeweils bis oder nahezu bis zum Eckpunkt von Kopffläche, Zahnflanke und korrespondierender Schrägfläche der Zähne verlegt sein, wodurch sich ein möglichst großer Neigungswinkel (Versatz der Dachspitze in Umfangsrichtung) ohne Beeinträchtigung in den übrigen Schaltfunktionen einstellen lässt.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im folgenden mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Die schematische Zeichnung zeigt in:
1 einen teilweisen Längsschnitt durch eine Schaltmuffe und den Kupplungskörper einer Synchronkupplung zum Schalten von Gangstufen eines Geschwindigkeits-Wechselgetriebes für Kraftfahrzeuge;
2 ein Schnitt gemäß Linie II – II der 1 auf jeweils einen Zahn der Innenverzahnung der Schaltmuffe und der Außenverzahnung des Kupplungskörpers;
3 in raumbildlicher Darstellung je einen Zahn einer Außenverzahnung eines Kupplungskörpers nach dem Stand der Technik, mit einer Abschrägung und mit einem definierten Neigungswinkel dessen Vorderkante;
4 eine Vorderansicht auf einen Zahn der Außenverzahnung des Kupplungskörpers mit einer Abschrägung;
5 eine Draufsicht auf den Zahn gemäß 4;
6 eine Vorderansicht auf einen Zahn der Außenverzahnung des Kupplungskörpers mit einem definierten Neigungswinkel dessen Vorderkante; und
7 eine Draufsicht auf den Zahn gemäß 6.
In der 1 sind als relevante Teile einer an sich bekannten Synchronkupplung (vgl. beispielsweise 1 der eingangs genannten DE 199 33 468 A1 ) zum Schalten einer Gangstufe eines Geschwindigkeits-Wechselgetriebes bzw.
Schaltgetriebes für Kraftfahrzeuge schematisch und abschnittsweise eine Schaltmuffe 12 und ein mit einem nur angedeuteten Gangzahnrad 14 fest verbundener Kupplungskörper 16 dargestellt.
Die ringförmige Schaltmuffe 12 weist eine Innenverzahnung mit Zähnen 18 (vgl. auch 2) auf, die beim Schalten einer Gangstufe mit den Zähnen 20 der Außenverzahnung des ebenfalls ringförmigen Kupplungskörpers 16 in Eingriff kommen.
Um ein schnelles Schalten bzw. Überschieben der Schaltmuffe 12 auf den Kupplungskörper 16 sicherzustellen, sind die Zähne (2) 18 der Innenverzahnung der Schaltmuffe 12 und die Zähne 20 der Außenverzahnung des Kupplungskörpers 16 mit in der Draufsicht gesehen dachförmigen Abschrägungen 18a, 18b bzw. 20a, 20b versehen, die in einander zugewandten, spitzen Vorderkanten 18c, 20c enden.
Ferner verlaufen die Flanken 18d bzw. 20d der Zähne 18, 20 nicht achsparallel, sondern derart geneigt, dass sich die jeweilige Zahnkopffläche 18e bzw. 20e wie aus der 3 ersichtlich verjüngt. Dies bildet eine sogenannte Hinterlegung der Verzahnungen 18, 20, die einem Lösen der gebildeten Kupplungsverbindung zwischen der Schaltmuffe 12 und dem Kupplungskörper 16 beispielsweise bei einem Lastwechsel des Wechselgetriebes entgegenwirkt.
Soweit bisher beschrieben entsprechen die Innenverzahnung 18 der Schaltmuffe 12 und die Außenverzahnung 20 des Kupplungskörpers 16 dem Stand der Technik. Der in der 3 links auf der Zeichnung dargestellte Zahn 20 des Kupplungskörpers 16 entspricht diesem Stand der Technik.
Der mittlere Zahn 22 des Kupplungskörpers 16 der 3, sowie die 4 und 5, zeigen eine modifizierte Ausführung mit einer Abschrägung 22f, die dreieckförmig von der Vorderkante 22e etwa von deren Mittenbereich ausgehend sich radial nach außen erstreckt und ohne in die Flanken 22d einschneidend an der Zahnkopffläche 22e bzw. am Kopfkreisdurchmesser der Außenverzahnung 22 endet. Der Neigungswinkel α der Abschrägung 22 (vgl. 1, gepunktete Linie) beträgt dabei ca. 40 Grad relativ zur Rotationsebene des Kupplungskörpers 16.
Wie ersichtlich ist, ist ein radial innen im Bereich des Zahnfußkreises liegender Bereich der Vorderkante 22c als Einfädelhilfe im Zusammenwirken mit der Verzahnung 18 der Schaltmuffe 12 erhalten. Durch die Abschrägung 22f wird – wie insbesondere die 1 zeigt – der radial äußere Endbereich der Vorderkante 22c zurückgesetzt bzw. die Dachspitze entfernt (vgl. dazu auch den Zahn 20 mit dem Zahn 22 der 3).
Die Abschrägung 22f ist als eine rotationssymmetrische Anfasung hergestellt, die gemäß 1 plan oder mit einem definierten Radius verrundet ausgeführt sein kann. Die Abschrägung 22f oder eine entsprechende Anfasung kann spanend durch Abdrehen, Fräsen etc. oder spanlos durch Schmieden, Pressen etc. in einem Arbeitsgang mit dem Herstellen des Kupplungskörpers 16 bzw. der Verzahnung 22 geschaffen werden.
In einer weiteren alternativen Ausführung können die Zähne 24 (vgl. auf der Zeichnung 3 der rechte Zahn und die 6 und 7) der Außenverzahnung des Kupplungskörpers 16 mit derart unsymmetrisch geneigten bzw. geklappten Schrägflächen 24a, 24b ausgeführt sein, dass daraus eine in der regulären Drehrichtung des Kupplungskörpers 16 geneigte Vorderkante 24c resultiert. Der Neigungswinkel β (vgl. 6) beträgt dabei ca. 15 Grad, wobei sich die Vorderkante 24c ausgehend von der eingezeichneten Zahnmitte vom Zahnfußkreis radial nach außen bis nahezu dem Eckpunkt 24g von Kopffläche 24e, Zahnflanke 24d und korrespondierender Schrägfläche 24b erstreckt.
Durch den Neigungswinkel β der Vorderkante 24c ist deren radial äußerer Bereich einschließlich der Dachspitze in der regulären Drehrichtung gesehen zurückversetzt, wodurch die Eingriffsfläche der Verzahnung 18 der Schaltmuffe 12 und der Verzahnung 24 des Kupplungskörpers 16 bei beginnendem Kupplungsvorgang entsprechend verringert ist.
Im Rahmen der Erfindung kann auch eine Kombination aus den Ausführungen bzw. Gestaltungen der Zähne 22 und 24 angezeigt sein; entscheidend ist die Zurücksetzung des radial äußeren Endbereiches der Vorderkanten 22c bzw. 24c in dem beschriebenen Umfang.

Claims

Synchronkupplung zum Schalten einer Gangstufe in einem Geschwindigkeits-Wechselgetriebe für Kraftfahrzeuge, mit einer innenverzahnten Schaltmuffe, die über einen mit einem Gangzahnrad zusammenwirkenden Kupplungskörper mit einer Außenverzahnung nach Herstellung eines Gleichlaufes schiebbar ist, wobei die Zähne der Außenverzahnung mit einer in Draufsicht gesehen dachförmigen Abschrägung mit an die Zahnflanken anschließenden Schrägflächen versehen sind, die der Kupplungsmuffe zu in einer Vorderkante enden, wobei die Zähne der Außenverzahnung des Kupplungskörpers mit einer stirnseitigen, die Vorderkante radial nach außen verkürzenden und zurücksetzenden Abschrägung versehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Neigungswinkel (α) der Abschrägungen (22f) zur Rotationsebene des Kupplungskörpers (16) so gewählt ist, dass jeweils ein radial innerer Bereich der Vorderkante (22c) bestehen bleibt und dass die radial äußere Kante (Kopfkreis) der Abschrägung (22f) nicht oder nur unwesentlich in die Zahnflanken (22d) der Außenverzahnung (22) einschneidet.
Synchronkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschrägungen (22f) etwa dreieckförmig von einem radial inneren Bereich der Vorderkante (22c) ab zum Kopfkreis der Außenverzahnung (22) verlaufen.
Synchronkupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschrägungen (22f) im Längsschnitt (1) betrachtet plan ausgeführt sind.
Synchronkupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschrägungen (22f) im Längsschnitt betrachtet verrundet ausgebildet sind.
Synchronkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Neigungswinkel α der Abschrägungen zwischen 15 bis 60 Grad, insbesondere zwischen 30 bis 45 Grad beträgt.
Synchronkupplung zum Schalten einer Gangstufe in einem Geschwindigkeits-Wechselgetriebe für Kraftfahrzeuge, mit einer innenverzahnten Schaltmuffe, die über einen mit einem Gangzahnrad zusammenwirkenden Kupplungskörper mit einer Außenverzahnung nach Herstellung eines Gleichlaufes schiebbar ist, wobei die Zähne der Außenverzahnung mit einer in Draufsicht gesehen dachförmigen Abschrägung mit an die Zahnflanken anschließenden Schrägflächen versehen sind, die der Kupplungsmuffe zu in einer Vorderkante enden, wobei die Vorderkanten der Zähne zumindest an ihren radial außen liegenden Endbereichen relativ zur Innenverzahnung der Kupplungsmuffe versetzt ausgeführt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorderkanten (24c) der Zähne (24) ausgehend vom Zahnfußkreis der Außenverzahnung (24) jeweils von der Zahnmitte aus zur regulären Drehrichtung des Kupplungskörpers (16) geneigt sind.
Synchronkupplung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorderkanten (24c) der Zähne (24) in der Vorderansicht (6) gesehen durch unsymmetrische Ausbildung der Schrägflächen (24a, 24b) in einem Winkel β zu einer Radialrichtung nach außen verlaufen.
Synchronkupplung nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass durch einen entsprechenden Neigungswinkel β der Vorderkanten (24c) der Zähne (24) der radial äußere Endbereich der Vorderkanten (24c) jeweils bis oder nahezu bis zum Eckpunkt (24g) von Kopffläche (24e), Zahnflanke (24d) und korrespondierender Schrägfläche (24b) der Zähne verlegt ist.