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Vorrichtung zum Synchronisieren von Zahnkupplungen, insbesondere von
Kraftfahrzeuggetrieben Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Synchronisieren
von Zahnkupplungen, insbesondere von Kraftfahrzeuggetrieben, mit einem in Nuten
eines axial feststehenden Schaltmuffenträgers mit axialen Reibringansätzen begrenzt
verdrehbar eingreifenden, mit Sperrzähnen für eine Schaltmuffe versehenen Reibring,
der durch ein oder mehrere axial bewegliche, mit der Schaltmuffe lösbar verbundene,
auf eine Stirnseite der Reibringansätze drückende Federelemente axial verschiebbar
ist.
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Derartige Synchronisiervorrichtungen zeichnen sich durch einen besonders
einfachen Aufbau aus. Bei einer bekannten Vorrichtung wird als Federelement ein
Federspreizring verwendet. Ein Federspreizring ist jedoch den hier auftretenden
Bedingungen nicht gewachsen. Da der Federspreizring über den gesamten Innenumfang
der Schaltmuffe in die für seine Mittelstellung vorgesehene Ringnut eingreift, kann
er nur verhältnismäßig schwach ausgebildet werden, um zu vermeiden, daß größere
Kräfte zum Ausrasten aus dieser Stellung notwendig werden. Es ergibt sich jedoch
auch schon bei geringster Tiefe der Ringnut und kleinstem Querschnitt des Federspreizringes
für dessen Ausrasten aus der Ringnut ein verhältnismäßig hoher Kraftbedarf, da hierbei
auch noch zusätzliche Reibungsarbeit zum Bewegen der Spreizringhälften in Richtung
zu seinen beiden offenen Enden hin aufzubringen ist. Durch die erforderliche geringe
Drahtstärke des Spreizringes ist es bedingt, daß dieser in einem sehr engen Bereich
der Schaltmuffenstellung in die für seine Mittelstellung vorgesehene Ringnut einrasten
kann. Schließlich fehlt dem Federspreizring auch noch die Eigenschaft, sich - in
axialer Richtung gesehen-- selbsttätig in eine Mittellage zu bewegen. Er kann vielmehr
in jeder Stellung innerhalb seines durch die Breite der Eindrehung im Schaltmuffenträger
gegebenen Bewegungsbereiches verbleiben. Diese Eigenschaften bedingen den Nachteil,
daß der Federspreizring in Leerlaufstellung der Schaltmuffe anstatt in die vorgesehene
Ringnut einzurasten, an einem Ende seines Bewegungsbereiches stehenbleibt und den
angrenzenden Reibring im Reibungseingriff mit seiner Gegenfläche hält. Bei hohen
Umdrehungszahlen der Synchronisiervorrichtung ist es schließlich auch noch nachteilig,
daß die auf den Federspreizring wirkende Zentrifugalkraft ein weiteres wesentliches
Erhöhen der für das Ausrasten des Federspreizringes erforderlichen Kraft und somit
der am Getriebeschalthebel aufzuwendenden Schaltkraft notwendig macht.
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Bei anderen bekannten Synchronisiervorrichtungen mit ähnlichem Aufbau
sind an Stelle eines Federspreizringes mehrere in axialen Nuten am Umfang des Schaltmuffenträgers
axial beweglich gelagerte Druckstücke vorgesehen, die formschlüssig mittels Federelemente
oder selbstfedernd in eine Ringnut der Schaltmuffe lösbar eingreifen oder unter
Zwischenschalten einer Schnappverbindung, die zum Beispiel aus einer federbelasteten
Kugel besteht, mit der Schaltmuffe lösbar verbunden sind. Diese Synchronisiervorrichtungen
haben. den Nachteil eines weniger einfachen Aufbaues, und ferner besteht hier die
Gefahr, daß beim Auseinandernehmen der Vorrichtung die frei zwischen der Schaltmuffe
und dem Schaltmuffenträger angeordneten Einzelteile leicht verlorengehen können.
Die Druckstücke haben zudem gleichfalls keine stabile Ruhelage; auch der Einfluß
der Zentrifugalkraft tritt in Erscheinung, so daß die gleichen funktionellen Nachteile
auftreten wie bei den obengenannten Spreizringen.
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Ferner ist eine Synchronisiervorrichtung bekannt; bei der der Schaltmuffenträger
axial verschiebbar auf einer Getriebewelle gelagert ist und in einer Eindrehung
am Umfang des Schaltmuffenträgers eine mit einem Ende in einer radialen Bohrung
im Schaltmuffenträger befestigte Drahtfeder geführt ist. Diese greift mit nach außen
geführtem Bogen lösbar in eine innenliegende Eindrehung der Schaltmuffe und mit
nach innen geführtem Bogen in die begrenzt verdrehbar in der Schaltmuffe _ geführten
Mitnahmeansätze der Reibringe ein. Das Sperren der Schaltmuffenbewegung- geschieht
hier nicht durch Sperrzähne, sondern durch Verspannen der Drahtfeder. Es handelt
sich hier somit um eine andere Bauart, die. nicht die der Erfindung zugrüride.:liegenden.
Aufgaben enthält, insbesondere nicht die Aufgabe, die Reibringe
gegenüber
dem Schaltmuffenträger axial zu bewegen. Jedoch tritt auch bei dieser Synchronisiervorrichtung
der Einfluß der Zentrifugalkräfte besonders nachteilig in Erscheinung, da die Drahtfeder
auf ihrer gesamten Länge keine diese Kräfte aufnehmende Befestigung hat und zudem
im wesentlichen in einer besonders großen Entfernung von der Drehachse angeordnet
ist.
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Bei der Erfindung werden diese Nachteile unter Beibehaltung der sonstigen
vorteilhaften Eigenschaften der eingangs genannten Synchronisiervorrichtungen, insbesondere
unter Beibehaltung eines einfachen Aufbaues und leichter Montagemöglichkeit der
einzelnen Teile, vermieden. Es wird zu diesem Zweck vorgeschlagen, an sich bekannte,
in einer senkrecht zur Drehachse liegenden Ebene angeordnete, mit einem Ende im
Schaltmuffenträger befestigte, in einer Eindrehung des Schaltmuffenträgers geführte,
mit einem Bogen in eine innenliegende Ringnut der Schaltmuffe eingreifende und als
Federelemente verwendete Drahtfedern auch mit ihrem anderen Ende im Schaltmuffenträger
zu befestigen und ihren nur kurzen, axial bewegbaren Bogen als Mittelteil auszuführen.
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Die Befestigung dieser Drahtfedern kann dabei in an sich bekannter
Weise derart erfolgen, daß deren Enden hakenförmig in Richtung zur Mittelachse der
Getriebewelle hin umgebogen sind und in etwa radial gerichtete Bohrungen im Schaltmuffenträger
eingreifen. Da die radial gerichteten Enden jeweils einer Drahtfeder mit einem verhältnismäßig
großen Winkelbereich voneinander entfernt in die radialen Bohrungen im Schaltmuffenträger
eingreifen, während der Schwerpunkt einer Drahtfeder in deren Mitte liegt, kann
die Zentrifugalkraft die im Winkel zueinander stehenden Drahtfederenden nicht aus
den Bohrungen bewegen.
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In Ausführung des Erfindungsgedankens sind die Drahtfedern so geformt,
daß sie im wesentlichen dem Verlauf eines Kreises von geringerem Durchmesser folgen,
als ihn der durch die innere Begrenzung der Reibringansätze gebildete Kreis hat.
Sie sind in ihrem Mittelbereich, abweichend von diesem Verlauf, in einem Bogen von
verhältnismäßig kleinem Krümmungsradius radial nach außen im Eingriff mit der Ringut
der Schaltmuffe geführt, wobei die Drahtfedern im Bereich dieses Bogens seitlich
mit den Stirnflächen der Reihringansätze zum Übertragen der Axialbewegung von der
Schaltmuffe auf den Reibring in Berührung treten können. Um möglichst günstige Bewegungsverhältnisse
für die Drahtfedern zu erhalten, sind die Nuten im Schaltmuffenträger in ihrer Breite
und Tiefe derart ausgeführt, daß der bewegliche Mittelbereich der Drahtfedern etwa
deren halber Gesamtlänge entspricht.
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Die erfindungsgemäß gestalteten Drahtfedern lösen die bei einer Synchronisiervorrichtung
gestellten Aufgabe in besonders vorteilhafter Weise. Durch das Befestigen der beiden
Enden im Schaltmuffenträger und die Bewegungsmöglichkeit ihres bogenförmigen Mittelbereiches
entsprechen sie einem beiderseitig eingespannten federnden Stab bzw. Bogen. Sie
haben daher eine stabile Mittelstellung; die sie infolge der Federwirkung immer
einzunehmen trachten. Der Mittelteil der Drahtfedern, der sich in die Nuten am Umfang
des Schaltmuffenträgers hinein erstreckt, in die die Ansätze der Reibringe eingreifen,
kann durch Verwinden federnd nachgeben. Außerdem kann durch Zusammendrücken der
Drahtfedern in der von ihnen gebildeten Ebene in Richtung zur Getriebewellenmitte
hin ein weiteres federndes Nachgeben erfolgen. Beim Bewegen der Schaltmuffe werden
daher die Drahtfedern zunächst aus ihrer Mittelstellung geschwenkt und übertragen
durch seitliches Anliegen an den Stirnflächen der Reibringansätze diese Bewegung
auf den Reibring. Beim weiteren Verschieben der Schaltmuffe lösen sich die Drahtfedern
aus der Ringnut der Schaltmuffe und schwenken wieder in Richtung zu ihrer Mittelstellung,
wobei sie innerhalb ihrer eigenen Ebene nachgeben. Sobald die Schaltmuffe selbst
wieder in die Mittelstellung gebracht wird, greifen die Drahtfedern wieder in die
für sie vorgesehene Ringnut der Schaltmuffe ein, ohne auf den gegebenenfalls gegenüberliegenden
Reibring einzuwirken. Da durch das Einspannen der beiden Federenden die Kraft zum
Einstellen in die Mittelstellung weit höher ist als die Kraft, die sich aus dem
Zusammendrücken der Drahtfedern und deren Reibung an der Innenverzahnung der Schaltmuffe
ergibt, treten hierbei keine nennenswerten seitlichen Ausschläge der Drahtfedern
auf. Es genügt dabei auch schon eine verhältnismäßig schmale Ringnut in der Schaltmuffe,
um das Einrasten der Drahtfedern in diese zu gewährleisten.
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Der Einfluß der Zentrifugalkräfte bei hohen Umdrehungszahlen wird
bei der erfindungsgemäß gestalteten Synchronsiervorrichtung auf ein Mindestmaß herabgesetzt.
Infolge der beiderseitigen festen Einspannung der Drahtfedern muß die Zentrifugalkraft
erst einmal die Drahtfedern verbiegen, um ein Erhöhen der Verrastungskraft in der
Ringnut zu bewirken. Da andererseits die Drahtfedern nur eine sehr geringe Masse
haben und im wesentlichen innerhalb eines Kreises von verhältnismäßig kleinem Durchmesser
angeordnet sind, bleibt die Größe dieser Kraft unter Werten, die von Einfluß auf
die Funktion der Synchronisiervorrichtung sein könnten.
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Schließlich kann der Erfindungsgegenstand in bezug auf die Einbaumöglichkeit,
insbesondere auf seine einfache Handhabung beim Zusammenbau, als besonders vorteilhaft
angesehen werden. Die Drahtfedern werden auf einfachste Weise in die für sie im
Schaltmuffenträger innerhalb einer Eindrehung vorgesehenen Bohrungen eingehängt
und sodann alle übrigen Teile einfach auf der Getriebewelle zusammengeschoben. Gegenüber
bekannten Synchronisiervorrichtungen ist dabei insbesondere das Fehlen loser Kleinteile
hervorzuheben, wie z. B. von Kugeln, kleinen Schraubenfedern oder Blattfedern und
Druckstücken, die leicht verlorengehen können und nur mit Schwierigkeiten beim Zusammenbau
an ihren Platz gebracht werden können. Auch beim Auseinandernehmen der Synchronisiervorrichtung
kann es d'a'her nicht vorkommen, daß Kleinteile verlorengehen.
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In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels
dargestellt, und zwar zeigt Fig. 1 eine Synchronisiervorrichtung für die Zahnkupplung
zweier benachbarter Getriebezahnräder im Längsschnitt und Fig. 2 einen Querschnitt
nach Fig. 1.
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Auf der Getriebewelle 1 ist ein Schaltmuffenträger 2 aufgekeilt, auf
dessen Außenverzahnung 2' eine mit entsprechender Innenverzahnung 3' versehene Schaltmuffe
3 verschiebbar gelagert ist. Der Schaltmuffenträger 2 hat eine Eindrehung 4, in
der bügelförmige Drahtfedern 5 in Bohrungen 6 befestigt sind. Ferner sind am Umfang
des Schaltmuffenträgers 2 axiale Nuten 7 eingearbeitet, die zur begrenzt verdrehbaren
Lagerung der Synchronringe 8 mittels deren axialer Ansätze 8' dienen. Die Drahtfedern
5 sind symmetrisch zu den Nuten 7 im Schaltmuffenträger 2 angeordnet, so daß deren
Mittelbereich innerhalb der Nuten 7 axial beweglich ist. Die Drahtfedern 5 sind
so
geformt, daß sie mit ihrem Verlauf im wesentlichen einem Kreis folgen, der einen
etwas geringeren Durchmesser hat als die innere Begrenzung der Synchronringe B.
Von diesem Verlauf abweichend haben sie in ihrer Mitte eine bogenförmige Ausbuchtung
9 von verhältnismäßig geringem Krümmungsradius, die in eine in die Innenverzahnung
3' der Schaltmuffe 3 eingearbeitete Ringnut einrastet.
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Die Wirkungsweise der Synchronisiervorrichtung ist folgende: Beim
axialen Bewegen der Schaltmuffe 3 schwenken zunächst die Drahtfedern 5 mit ihrer
Ausbuchtung 9 federnd unter Verwindung um ihre Auflagepunkte 11 an der Begrenzung
der axialen Nuten 7. Die axiale Bewegung der Schaltmuffe 3 wird von den Drahtfedern
9 auf die Ansätze 8' der Reibringe 8 übertragen, so daß diese mit ihrer Reibfläche
12 mit der Reibfläche 13 des zu kuppelnden Zahnrades 14 bzw. 15 in Reibverbindung
kommen. Der Reibring 8 wird dadurch in Umlaufrichtung etwas mitgenommen, bis sich
der Ansatz 8' des Reibringes 8 an der seitlichen Begrenzung der axialen Nut 7 im
Schaltmuffenträger anlegt. Bei dieser Schwenkbewegung werden die Sperrzähne 16 des
Reibringes in die Bewegungsbahn der Innenverzahnung 3' der Schaltmuffe 3 gestellt
und verhindern dadurch ein weiteres Bewegen der Schaltmuffe 3 in Richtung zum einzukuppelnden
Zahnrad 14 bzw. 15 bzw. den Eingriff der Innenverzahnung 3' der Schaltmuffe 3 in
die Kupplungsverzahnung 14' bzw. 15' des einzukuppelnden Zahnradces 14 bzw. 15.
Durch die Anlage der Schaltmuffe 3 am Synchronring 8 wird eine axiale Kraft auf
den Synchronring 8 ausgeübt und somit ein Erhöhen des Anpreßdruckes der beiden Reibflächen
12 bzw. 13 erzielt. Die Drehzahlen der zu kuppelnden Teile, des Schaltmuffenträgers
2 und des Zahnrades 14 bzw. 15, werden dadurch einander angeglichen. Ist Gleichlauf
erzielt, so geben die Sperrzähne 16 des Reibringes 8 den Weg für den Durchtritt
der Innenverzahnung 3' der Schaltmuffe 3 frei und ermöglichen deren weiteres axiales
Bewegen und somit das unmittelbare Kuppeln der Verzahnung 2' des Schaltmuffenträgers
2 mit der Verzahnung 14' bzw. 15' des einzuschaltenden Zahnrades 14 bzw. 15 mittels
der Schaltmuffe 3. Dabei werden die Drahtfedern 5 aus ihrer Verrastung in der Ringnut
10 der Schaltmuffe 3 herausgedrückt und gleiten während des axialen Verschiebens
der Schaltmuffe 3 auf deren Innenverzahnung 3'. Sie nehmen infolge ihrer federnden
Rückstellwirkung sofort ihre Mittelstellung ein. Dies wird durch das Nachgeben innerhalb
der von den Drahtfedern 5 gebildeten Ebene begünstigt.
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Die Reibung der Drahtfedern 5 an der Innenverzahnung 3' ist im Verhältnis
zu ihrer Rückstellkraft derart gering, daß auch beim Rückbewegen der Schaltmuffe
3 in ihre Mittelstellung keine Ausschläge der Drahtfedern 5 zum gegenüberliegenden
Reibring 8 hin auftreten. Das Einrasten der Drahtfedern 5 in die Ringnut 10 erfolgt
daher mit größter Sicherheit, und es wird somit ein dauerndes Andrücken eines Reibringes
8 in der Mittelstellung der Schaltmuffe 3 vermieden.