DE112016004747B4

DE112016004747B4 - Verriegelungskonusring für eine Synchronisieranordnung

Info

Publication number: DE112016004747B4
Application number: DE112016004747.9T
Authority: DE
Inventors: Daniel Häggström
Original assignee: Scania CV AB
Current assignee: Scania CV AB
Priority date: 2015-11-19
Filing date: 2016-10-27
Publication date: 2023-03-02
Anticipated expiration: 2036-10-28
Also published as: SE539358C2; WO2017086858A1; SE1551494A1; DE112016004747T5

Abstract

Verriegelungskonusring für eine Synchronisieranordnung (12), umfassend eine im Wesentlichen kreisförmige Reibfläche (28),wenigstens einen an einem Umfang (39) des Verriegelungskonusrings (14) angeordneten Verriegelungszahn (36), undwenigstens ein an einem Umfang (39) des Verriegelungskonusrings (14) angeordnetes Anschlagmittel (42),dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Anschlagmittel (42) eine erste Fläche (70) mit einer Normalen (78) mit einem ersten Winkel (α) in Bezug zu einer Mittellinie (44) des Verriegelungskonusrings (14) umfasst,dass eine Umfangsnut (49) in einer Umfangsfläche des Verriegelungskonusrings (14) angrenzend an die erste Fläche (70) des wenigstens einen Anschlagmittels (42) angeordnet ist, unddass das wenigstens eine Anschlagmittel (42) und die Umfangsnut (49) so ausgebildet sind, dass ein erster Punkt (P1) auf der ersten Fläche (70) des wenigstens einen Anschlagmittels (42) und ein zweiter Punkt (P2) in der Umfangsnut (49) auf einem Umfang einer gemeinsamen Kugel mit einem Radius (R1) angeordnet sind.

Description

HINTERGRUND UND STAND DER TECHNIK
Die Erfindung betrifft einen Verriegelungskonusring für eine Synchronisieranordnung, eine Synchronisieranordnung umfassend solch einen Verriegelungskonusring, ein Getriebe umfassend solch eine Synchronisieranordnung und ein Fahrzeug umfassend solch ein Getriebe gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche. Beim Schalten in einem Getriebe werden Zahnräder durch axial verschiebbare Hülsen in Eingriff und Verriegelung mit Wellen gebracht. Hülse, Zahnrad und Welle können aber verschiedene Drehzahlen aufweisen, wenn geschaltet werden soll und wenn das Zahnrad durch die Hülse mit der Welle verriegelt werden soll. Daher wird eine Synchronisieranordnung zum Synchronisieren der Drehzahl zwischen Hülse, Zahnrad und Welle genutzt, bevor das Zahnrad mit der Welle verriegelt wird. Die Synchronisieranordnung umfasst einen Verriegelungskonusring und einen an der Seite des Zahnrads angeordneten Innenkonusring. Das Getriebe kann ein Split-Getriebe, ein Hauptgetriebe und ein Range-Getriebe umfassen, die alle eine oder mehrere Synchronisieranordnungen zum Durchführen eines synchronen Schaltens erfordern.
Zum Erzielen einer ordnungsgemäßen Synchronisierung im Getriebe muss die Fläche der Umfangsverriegelungszähne am Verriegelungskonusring, die zur Hülse zeigen und ausgebildet sind, die Innenzähne zum Eingriff in die Hülse während der Synchronisierung zu bringen, zur Drehachse des Verriegelungskonusrings gewinkelt sein, wobei der Winkel mit dem Bremsmoment abgestimmt sein muss, das der Verriegelungskonusring auf die Hülse überträgt, um eine synchrone Drehzahl zu erreichen. Das heißt der Winkel muss so beschaffen sein, dass die Verriegelungszähne am Verriegelungskonusring in den Teil der Innenzähne in der Hülse eingreifen, die in diesem Winkel stehen, und die Hülse ausreichend einwirken, um eine synchrone Drehzahl zu erreichen, und anschließend aus dem Teil der Innenzähne in der Hülse in diesem Winkel ausrücken, wenn die Hülse in den Innenkonusring eingreifen soll, sobald eine synchrone Drehzahl erreicht ist. In der Eingriffstellung zwischen der Hülse und dem Innenkonusring greifen die Innenzähne in der Hülse in die Randkopplungszähne des Innenkonusrings ein. Der Innenkonusring ist am Zahnrad befestigt. Zum Sicherstellen, dass die synchrone Drehzahl erreicht wird, bevor die Hülse den Verriegelungskonusring axial passiert, müssen sich die Zähne des Verriegelungskonusrings zum richtigen Zeitpunkt von den Innenzähnen lösen. Dies wird durch ein Momentgleichgewicht erzielt, bei dem das Reibungsmoment, ebenfalls als Synchronisationsmoment definiert, versucht, die Überlappung zwischen den Verriegelungskonuszähnen und den Innenkonuszähnen zu vergrößern, während das aus dem Zahn-Zahn-Kontakt resultierende Moment versucht, die Überlappung zwischen den Zähnen zu verkleinern. Wenn die Umfangsverriegelungszähne am Verriegelungskonusring von den Innenzähnen in der Hülse ausgerückt sind, sobald eine synchrone Drehzahl zwischen der Hülse und dem Innenkonusring erreicht wurde, wird die Hülse axial verschoben, so dass der Verriegelungskonusring nach innen in die Hülse bewegt wird und in einer axialen Stellung relativ zur Hülse stoppt, wobei die axiale Stellung durch die Stellung bestimmt wird, an der die Hülse auf den Innenkonusring am Zahnrad trifft und in diesen eingreift.
In der Hülse sind eine Reihe von federgespannten Kugeln angeordnet, die gewährleisten sollen, dass eine Vorsynchronisation erfolgt. Die federgespannten Kugeln wirken auf eine Reihe von am Verriegelungskonusring angeordneten Anschlagmitteln ein, um sicherzustellen, dass sich die Verriegelungszähne des Verriegelungskonusrings in der richtigen axialen Stellung in Bezug zu den Innenzähnen der Hülse während der Vorsynchronisation befinden. Während der Vorsynchronisation muss das zwischen den konischen Flächen vorhandene Öl entleert werden, so dass ein ausreichend hohes Reibungsmoment erzeugt wird, das das Eingreifen des Zahnrads während einer asynchronen Drehzahl wirksam blockiert. Die federgespannten Kugeln verhindern einen Zahnradeingriff, bevor der Verriegelungskonus den Zahnradeingriff blockieren kann. Wenn die Vorsynchronisation abgeschlossen ist und die Synchronisation oder Hauptsynchronisation beginnen soll, werden die federgespannten Kugeln radial nach außen gedrückt, so dass sich die Hülse axial in Bezug auf den Verriegelungskonusring bewegen kann.
Während der Vorsynchronisation und des folgenden Synchronisationsprozesses ist die axiale Stellung des Verriegelungskonusrings aufgrund der axialen Kraft von der Hülse, die auf den Verriegelungskonusring einwirkt, definiert. Nach dem Synchronisationsprozess und dem Schaltvorgang ist die Hülse mit dem Innenkonusring und ebenfalls dem Zahnrad gekoppelt. In dieser Stellung drehen sich die Hülse, der Verriegelungskonusring, der Innenkonusring und das Zahnrad zusammen mit der Welle als eine Einheit. Wenn aber nach einem Schaltvorgang das Zahnrad von der Welle gelöst wird, kehrt die Hülse in eine Ausgangsstellung zurück, in der keine axiale Kraft auf den Verriegelungskonusring einwirkt. Somit ist die axiale Stellung des Verriegelungskonusrings nicht definiert, wenn keine axiale Kraft auf den Verriegelungskonusring einwirkt und sich die Hülse in ihrer Ausgangsstellung befindet. Da ebenfalls ein Abstand zwischen dem Innenkonusring und der Hülse vorliegt, wobei der Abstand größer ist als die axiale Ausdehnung des Verriegelungskonusrings, wenn sich die Hülse in der Ausgangsstellung befindet, kann sich der Verriegelungskonusring axial im Raum zwischen der Hülse und dem Innenkonusring bewegen. Somit kann der Verriegelungskonusring in Kontakt mit dem Innenkonusring kommen. Da sich der Verriegelungskonusring dreht, wenn sich Hülse und Welle drehen, und der Innenkonusring zusammen mit dem Zahnrad feststeht, entsteht eine relative Bewegung zwischen dem Verriegelungskonusring und dem Innenkonusring. Kontakt und relative Bewegung führen zu Verlusten im Getriebe, die den Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs erhöhen können. Die relative Bewegung zwischen dem Verriegelungskonusring und dem Innenkonusring kann ebenfalls zu einem Verschleiß der Reibflächen des Verriegelungskonusrings und des Innenkonusrings führen. Die undefinierte Stellung des Verriegelungskonusrings kann zu Geräuschen aufgrund von Schwingungen im Verriegelungskonusrings und aufgrund des Kontakts zwischen dem Verriegelungskonusring und dem Innenkonusring führen.
Das Dokument US5105927A offenbart ein Synchronisiermittel für ein Getriebe, das mit einer Ringfeder statt federgespannten Kugeln ausgestattet ist.
Das Dokument EP2677189A1 offenbart ein Getriebe für Fahrzeuge umfassend einen Planetenradsatz mit einem axialen verschiebbaren Innenring-Zahnrad, das einen Teil eines Synchronisiermittels bildet. In Innennuten im Innenring-Zahnrad sind Sperrringe angeordnet. Das Getriebe umfasst ebenfalls Synchronisierringe, die mit für die Sperrringe vorgesehenen Umfangsaußennuten ausgestattet sind. Die Sperrringe sind aber zum Anordnen in den Au-ßennuten der Synchronisierringe ausgebildet, wenn sich das Synchronisiermittel in einer aktiven, gesperrten Stellung befindet. In einer Ruhestellung des Synchronisiermittels sind die Sperrringe in den Innennuten im Innenring-Zahnrad angeordnet.
Das Dokument DE 601 02 568 T2 zeigt eine Synchronisiervorrichtung ähnlich dem Synchronisierungsmittel des Dokuments EP2677189A1 . Zusätzlich sind an den Synchronisierringen von der Umfangsnut beabstandet Anschlagvorrichtungen angeordnet, wobei die Sperringe in einer neutralen Stellung nahe den Anschlagvorrichtungen auf den Synchronisierringen angeordnet sind.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Trotz des Stands der Technik besteht ein Bedarf zur Entwicklung eines Verriegelungskonusrings für eine Synchronisieranordnung, der Verluste in einem Getriebe verringert, den Kraftstoffverbrauch eines Fahrzeugs, in dem das Getriebe angeordnet ist, senkt, den Verschleiß des Verriegelungskonusrings verringert und Geräusche aufgrund von Schwingungen im Verriegelungskonusring verringert.
Die Aufgabe der Erfindung besteht somit im Bereitstellen eines Verriegelungskonusrings wie einleitend definiert, der Verluste in einem Getriebe verringert, den Kraftstoffverbrauch eines Fahrzeugs, in dem das Getriebe angeordnet ist, senkt, den Verschleiß des Verriegelungskonusrings verringert und Geräusche aufgrund von Schwingungen im Verriegelungskonusring verringert.
Diese Aufgaben werden von einem Verriegelungsring für eine Synchronisieranordnung, einer Synchronisieranordnung, einem Getriebe und einem Fahrzeug erfüllt, die durch die in den beigefügten unabhängigen Patentansprüchen aufgeführten Merkmale gekennzeichnet sind.
Gemäß der Erfindung wird ein vorteilhafter Verriegelungskonusring für eine Synchronisieranordnung erzielt, der Verluste in einem Getriebe verringert. Da verhindert wird, dass der Verriegelungskonusring in Kontakt mit dem Innenkonusring kommt, treten keine Reibungsverluste zwischen dem Verriegelungskonusring und dem Innenkonusring auf. Somit steigt der Kraftstoffverbrauch nicht. Es wird ebenfalls der Verschleiß der Reibflächen des Verriegelungskonusrings und des Innenkonusrings verringert, da die Reibflächen keinen Kontakt aufweisen, wenn keine Synchronisation erfolgt. Da verhindert wird, dass der Verriegelungskonusring in Kontakt mit dem Innenkonusring kommt, entstehen ebenfalls keine Geräusche aufgrund von Schwingungen im Verriegelungskonusring.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind das wenigstens eine Anschlagmittel und die Umfangsnut so ausgebildet sind, dass ein erster Punkt auf der ersten Fläche des wenigstens einen Anschlagmittels und ein zweiter Punkt in der Umfangsnut auf einem Umfang einer gemeinsamen Kugel mit einem Radius angeordnet sind. Mit solch einer Konfiguration der Umfangsnut und des Anschlagmittels kann der Verriegelungskonusring in einer feststehenden axialen Stellung in Bezug zu Hülse und Innenring in der Synchronisieranordnung verriegelt werden. Beispielsweise können in der Hülse angeordnete federgespannte Kugeln mit im Wesentlichen der gemeinsamen Kugel entsprechenden Maßen verwendet werden. Die federgespannten Kugeln treten in Wechselwirkung mit der Umfangsnut und dem Anschlagsmittel, so dass der erste Punkt auf der ersten Fläche des wenigstens einen Anschlagmittels und der zweite Punkt in der Umfangsnut auf einem Umfang der federgespannten Kugel angeordnet sind. Somit ist die axiale Stellung des Verriegelungskonusrings definiert, wenn sich die Hülse in ihrer Ausgangsstellung in der Synchronisieranordnung befindet. Solch eine Ausgangsstellung der Hülse kann einer normalen Stellung des Zahnrads entsprechen. Es wird ebenfalls verhindert, dass sich der Verriegelungskonusring im Raum zwischen der Hülse und dem Innenkonusring bewegt, und daher kann der Verriegelungskonusring nicht mit dem Innenkonusring in Kontakt kommen. Somit werden ein Anstieg des Kraftstoffverbrauchs, ein Verschleiß der Reibflächen des Verriegelungskonusrings und des Innenkonusrings und Geräusche aufgrund von Schwingungen im Verriegelungskonusring verhindert.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Umfangsnut in einer Schnittansicht mit einem ersten Radius angeordnet in einem ersten Abschnitt der Umfangsnut und einem zweiten Radius angeordnet in einem zweiten Abschnitt der Umfangsnut ausgestattet. Solch eine Konfiguration der Umfangsnut stellt sicher, dass der zweite Punkt in der Umfangsnut eindeutig definiert ist, so dass der Verriegelungskonusring in einer feststehenden axialen Stellung in Bezug zu Hülse und Innenring in der Synchronisieranordnung verriegelt werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der erste Radius kleiner als der zweite Radius. Solch eine Konfiguration der Umfangsnut stellt sicher, dass der zweite Punkt in der Umfangsnut eindeutig definiert ist, so dass der Verriegelungskonusring in einer feststehenden axialen Stellung in Bezug zu Hülse und Innenring in der Synchronisieranordnung verriegelt werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der erste Abschnitt näher am Anschlagmittel angeordnet als der zweite Abschnitt. Solch eine Konfiguration der Umfangsnut stellt sicher, dass der zweite Punkt in der Umfangsnut eindeutig definiert ist, so dass der Verriegelungskonusring in einer feststehenden axialen Stellung in Bezug zu Hülse und Innenring in der Synchronisieranordnung verriegelt werden kann. Wenn beispielsweise in der Hülse angeordnete federgespannte Kugeln mit Maßen, die im Wesentlichen der gemeinsamen Kugel entsprechen, verwendet werden, sperrt die Konfiguration der Umfangsnut zusammen mit dem Anschlagmittel den Verriegelungskonusring in einer axialen Stellung.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erstreckt sich die Fläche des ersten Abschnitts bis zur ersten Fläche des Anschlagmittels. Wenn die Flächen in enger Beziehung stehen, so dass sich die Fläche des ersten Abschnitts bis zur ersten Fläche des Anschlagmittels erstreckt, wird eine vorteilhafte Konfiguration der Umfangsnut und des Anschlagmittels erzielt, die den Verriegelungskonusring in einer axialen Stellung verriegelt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der zweite Punkt im zweiten Abschnitt angeordnet. Solch eine Konfiguration der Umfangsnut stellt sicher, dass der zweite Punkt in der Umfangsnut eindeutig definiert ist, so dass der Verriegelungskonusring in einer feststehenden axialen Stellung in Bezug zu Hülse und Innenring in der Synchronisieranordnung verriegelt werden kann.
Figurenliste
Es folgt eine Beschreibung von beispielhaften bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.

1 zeigt schematisch ein Fahrzeug in einer Seitenansicht mit einem Verriegelungskonusring für eine Synchronisieranordnung gemäß der Erfindung.
2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Segments eines Verriegelungskonusrings für eine Synchronisieranordnung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
3 zeigt eine Schnittansicht einer Synchronisieranordnung gemäß der Erfindung.
4 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie I-I des Verriegelungskonusrings gemäß der Erfindung.
5 zeigt eine Schnittansicht einer Synchronisieranordnung gemäß der Erfindung in einer Vorsynchronisierstellung.
6 zeigt eine Schnittansicht einer Synchronisieranordnung gemäß der Erfindung in einer Synchronisierstellung.
7 zeigt eine Schnittansicht einer Synchronisieranordnung gemäß der Erfindung in einer Stellung, wenn der Synchronisationsprozess abgeschlossen ist.
8 zeigt eine Detailansicht eines Verriegelungskonusrings gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung von oben.
9 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie II-II in 8.
10 zeigt eine Schnittansicht im Detail entlang der Linie II-II in 8.
11 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Segments eines Verriegelungskonusrings gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
12 zeigt eine Ansicht eines Verriegelungskonusrings gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung von oben.
13 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie III-III in 12.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
1 zeigt eine Seitenansicht eines Fahrzeugs 1, beispielsweise eines Lastkraftwagens, das einen Motor 2 und ein mit einem Verriegelungskonusring 14 für eine Synchronisieranordnung 12 gemäß der Erfindung ausgestattetes Getriebe 4 umfasst. Der Motor 2 ist mit dem Getriebe 4 verbunden und das Getriebe 4 ist wiederum über eine Kardanwelle 10 mit den Antriebsrädern 8 des Fahrzeugs 1 verbunden. Vorzugsweise ist der Motor 2 ein Verbrennungsmotor; aber es ist auch ein anderer Motortyp 2 denkbar, etwa ein Elektromotor. Das Getriebe 4 kann ein Handschaltgetriebe oder ein automatisiertes Handschaltgetriebe sein.
2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Segments des Verriegelungskonusrings 14 für die Synchronisieranordnung 12 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Der Verriegelungskonusring 14 umfasst wenigstens einen an einem Umfang 39 des Verriegelungskonusrings 14 angeordneten Verriegelungszahn 36 und vorzugsweise ebenfalls wenigstens ein am Umfang 39 des Verriegelungskonusrings 14 angeordnetes Anschlagmittel 42. Gemäß der ersten Ausführungsform ist das Anschlagmittel 42 mit einer ersten Fläche 70 ausgestattet, die in einer Richtung geneigt ist.
3 zeigt eine Schnittansicht der Synchronisieranordnung 12 gemäß der Erfindung. Die Synchronisieranordnung 12 umfasst den Verriegelungskonusring 14, einen an der Seite eines Zahnrads 18 angeordneten Innenkonusring 16 und eine Hülse 20, die durch eine Schaltgabel 22 axial verschiebbar ist. Die Schaltgabel 22 ist mit einem Betätigungsmittel 24 axial verschiebbar. Der Verriegelungskonusring 14 und der Innenkonusring 16 sind mit in Wechselwirkung stehenden Reibflächen 28 ausgestattet, die vorzugsweise eine konische Form aufweisen. Die Schaltgabel 22 überträgt axiale Kraft von der Hülse 20 auf den Verriegelungskonus 14, um Kontakt zwischen den Reibungsflächen 28 auf dem Verriegelungskonusring 14 und dem Innenkonusring 16 während des Schaltens zu erzeugen. Dies bedeutet, dass ein zwischen den Reibungsflächen 28 gebildeter Ölfilm verdrängt wird und ein Ausgangsdrehmoment zwischen dem Verriegelungskonusring 14 und dem Innenkonusring 16 aufgebaut wird.
Beim Schalten in einem Getriebe 4 wird das Zahnrad 18 durch die axial verschiebbare Hülse 20 in Eingriff und Verriegelung mit einer Welle 30 gebracht. Eine am Rand mit Keilnuten 34 ausgestattete Nabe 32 ist an der Welle 30 befestigt und ermöglicht der Hülse 20, sich axial zu bewegen. Die Nabe 32 überträgt das Drehmoment zwischen der Welle 30 und der Hülse 20. Hülse 20, Zahnrad 18 und Welle 30 können aber verschiedene Drehzahlen aufweisen, wenn geschaltet werden soll und wenn das erste Zahnrad 18 durch die Hülse 20 mit der Welle 30 verriegelt werden soll. Die Synchronisieranordnung 12 wird daher zum Synchronisieren der Drehzahl zwischen Hülse 20, Zahnrad 18 und Welle 30 genutzt, bevor das Zahnrad 18 mit der Welle 30 verriegelt wird.
Die Schaltgabel 22 überträgt axiale Kraft von der Hülse 20 auf den Verriegelungskonus 14, um Kontakt zwischen den Reibflächen 28 auf dem Verriegelungskonusring 14 und dem Innenkonusring 16 während des Schaltens zu erzeugen. Dies bedeutet, dass ein zwischen den Reibungsflächen 28 gebildeter Ölfilm verdrängt wird und ein Ausgangsdrehmoment zwischen dem Verriegelungskonusring 14 und dem Innenkonusring 16 aufgebaut wird.
Zum Erzielen einer ordnungsgemäßen Synchronisierung im Getriebe 4 muss die Fläche der Verriegelungszähne 36 am Verriegelungskonusring 14, die zur Hülse 20 zeigen und ausgebildet sind, die Innenzähne 38 zum Eingriff in die Hülse 20 während der Synchronisierung zu bringen, zur Drehachse des Verriegelungskonusrings 14 gewinkelt sein, wobei der Winkel mit dem Bremsmoment abgestimmt sein muss, das der Verriegelungskonusring 14 auf die Hülse 20 überträgt, um eine synchrone Drehzahl zu erreichen.
In der Hülse 20 sind eine Reihe von Kugeln 40, jeweils mit einer Feder 41 gespannt, angeordnet, die gewährleisten sollen, dass eine Vorsynchronisation erfolgt. Die federgespannten Kugeln 40 wirken auf ein am Verriegelungskonusring 14 angeordnetes Anschlagmittel 42 ein, um zu gewährleisten, dass sich die Verriegelungszähne 36 des Verriegelungskonusrings 14 in der richtigen axialen Stellung relativ zu den Innenzähnen 38 der Hülse 20 während der Vorsynchronisation befinden, und das Anschlagmittel 42 drückt die federgespannten Kugeln 40 radial nach außen, wenn sich die Hülse 20 axial in Bezug auf den Verriegelungskonusring 14 bewegt, sobald die Vorsynchronisation abgeschlossen ist und die Synchronisation oder Hauptsynchronisation beginnen soll.
In 3 sind der Übersichtlichkeit halber die Hülse 20, der Verriegelungskonusring 14 und der Innenkonusring 16 mit einem Abstand zueinander dargestellt. In 3 sind das Zahnrad 18, die Welle 30 und die Nabe 32 schematisch dargestellt. Die Verriegelungszähne 36 erstrecken sich in einer Richtung parallel zur Mittellinie des Verriegelungskonusrings 14 und in einer Umfangsrichtung. Das Anschlagmittel 42 erstreckt sich in einer Richtung parallel zur Mittellinie 44 des Verriegelungskonusrings 14 und in einer Umfangsrichtung. Das Anschlagmittel 42 weist eine größere Ausdehnung auf als die Verriegelungszähne 36 in der Richtung parallel zur Mittellinie 44. Eine Umfangsnut 49 ist in der Umfangsfläche des Verriegelungskonusrings 14 angrenzend an das Anschlagmittel 42 angeordnet. Vorzugsweise erstreckt sich die Umfangsnut 49 vollständig um die Umfangsfläche des Verriegelungskonusrings 14. Eine Zahl von kürzeren Umfangsnuten 49 kann sich alternativ als Vertiefungen auf der Umfangsfläche des Verriegelungskonusrings 14 erstrecken.
Statt der federgespannten Kugeln 40 können andere Sperrvorrichtungen wie ein ringförmig gekrümmter Draht (nicht dargestellt), entsprechend mit einem runden Querschnitt, der elastisch in der Nut 49 befestigt ist und somit einen vorgegebenen Spalt zwischen seinen gegenüberliegenden Enden aufweist, verwendet werden. Dieser Spalt ermöglicht ein radiales Zusammendrücken des Drahts.
4 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie I-I des Verriegelungskonusrings 14 gemäß der Erfindung. In der offenbarten Ausführungsform sind vier Anschlagmittel 42 in einem im Wesentlichen gleichen Abstand am Umfang 39 des Verriegelungskonusrings 14 angeordnet. Ebenso sind die Verriegelungszähne 36 in einem im Wesentlichen gleichen Abstand am Umfang 39 des Verriegelungskonusrings 14 angeordnet.
5 zeigt eine Schnittansicht einer Synchronisieranordnung 12 gemäß der Erfindung in einer Vorsynchronisierstellung. Beim Schalten im Getriebe 4 wirkt die Schaltgabel 22 mit einer axialen Kraft auf die Hülse 20 ein und verschiebt die Hülse 20 und ebenfalls den Verriegelungskonusring 14 axial in Bezug auf die Nabe 32 in Richtung zum Innenkonusring 16. Die federgespannten Kugeln 40 werden in die Richtung der Umfangsnut 49 gedrückt, so dass die axiale Stellung des Verriegelungskonusrings 14 in Bezug auf die Hülse 20 definiert wird. Aus diesem Grund weist die Nut 49 eine Form auf, die mit der federgespannten Kugel 40 in Wechselwirkung tritt. Wie zuvor beschrieben wirken die federgespannten Kugeln 40 ebenfalls auf das am Verriegelungskonusring 14 angeordnete Anschlagmittel 42 ein, so dass der Verriegelungskonusring 14 durch die Kraft von den federgespannten Kugeln 40 axial verschoben wird, wenn die Hülse 20 durch die Schaltgabel 22 verschoben wird. Wenn die Hülse 20 und der Verriegelungskonusring 14 axial verschoben werden, werden die Reibflächen 28 an Verriegelungskonusring 14 und Innenkonusring 16 in eine aneinander angrenzende Stellung gebracht. Da aber das Getriebe 4 mit Öl gefüllt ist, wird ein dünner Ölfilm 29 zwischen den Reibflächen 28 an Verriegelungskonusring 14 und Innenkonusring 16 erzeugt. Die auf den Innenkonusring 16 einwirkende axiale Kraft vom Verriegelungskonusring 14 führt dazu, dass der zwischen den Reibflächen 28 gebildete Ölfilm verdrängt wird. Die in Wechselwirkung stehenden Flächen der Verriegelungszähne 36 des Verriegelungskonusrings 14 und der Innenzähne 38 der Hülse 20 treffen nach der Vorsynchronisation aufeinander und stoßen während der Synchronisation aneinander.
Die Verriegelungszähne 36 und die Anschlagmittel 42 sind vorzugsweise an der Seite von jedem Verriegelungskonusring 14 angeordnet, die sich am nächsten zum Innenkonusring 16 befindet, um die Bewegung des Verriegelungskonusrings 14 in der Hülse 20 während des Synchronisationsprozesses zu ermöglichen. Die Anschlagmittel 42 weisen ein kleineres radiales Ausmaß auf als der Abstand zwischen den Innenzähnen 38 in der Hülse 20. Dies ermöglicht die Bewegung des Verriegelungskonusrings 14 in der Hülse 20 während des Synchronisationsprozesses. 6 zeigt eine Schnittansicht einer Synchronisieranordnung 12 gemäß der Erfindung in einer Synchronisierstellung, in welcher der zwischen den Reibflächen 28 gebildete Ölfilm verdrängt wurde, die Reibflächen 28 miteinander Kontakt haben und sich ein Ausgangsdrehmoment zwischen dem Verriegelungskonusring 14 und dem Innenkonusring 16 aufbaut. Die Verriegelungszähne 36 am Verriegelungskonusring 14 greifen in die Innenzähne 38 in der Hülse 20 während der Synchronisation ein und ruhen auf diesen. Daher muss die Fläche der Verriegelungszähne 36 am Verriegelungskonusring 14, in die Innenzähne 38 in der Hülse 20 eingreifen und auf diesen ruhen, zur Drehachse des Verriegelungskonusrings 14 gewinkelt sein und der Winkel muss mit dem Bremsmoment abgestimmt sein, das der Verriegelungskonusring 14 auf die Hülse 20 überträgt, um eine synchrone Drehzahl zu erreichen. Während der Synchronisation weisen Hülse 20, Zahnrad 18 und Welle 30 verschiedene Drehzahlen auf. Wenn aber eine synchrone Drehzahl zwischen der Hülse 20, dem Zahnrad 18 und der Welle 30 erreicht wurde, löst sich die gewinkelte Fläche der Verriegelungszähne 36 am Verriegelungskonusring 14 von der gewinkelten Fläche der Innenzähne 38 in der Hülse 20, so dass die Hülse 20 den Verriegelungskonusring 14 axial passiert. Zum Sicherstellen, dass die synchrone Drehzahl erreicht wird, bevor die Hülse 20 den Verriegelungskonusring 14 axial passiert, müssen sich die Zähne 36 des Verriegelungskonusrings 14 zum richtigen Zeitpunkt von den Innenzähnen 38 lösen. Dies wird durch ein Momentgleichgewicht erzielt, bei dem das Reibungsmoment, ebenfalls als Synchronisationsmoment definiert, versucht, die Überlappung zwischen den Verriegelungskonuszähnen 36 und den Innenkonuszähnen zu vergrößern, während das aus dem Zahn-Zahn-Kontakt resultierende Moment versucht, die Überlappung zwischen den Zähnen zu verkleinern. Wenn sich die Hülse 20 axial in Bezug auf den Verriegelungskonusring 14 bewegt, werden die federgespannten Kugeln 40 aufgrund einer radial gerichteten Kraft von der ersten Fläche 70 am Anschlagmittel 42 radial nach außen gedrückt. Da die erste Fläche 70 am Anschlagmittel 42 schräg ist, werden die federgespannten Kugeln 40 schrittweise radial nach außen gedrückt, wenn sich die Hülse 20 in der axialen Richtung bewegt.
7 zeigt eine Schnittansicht einer Synchronisieranordnung 12 gemäß der Erfindung in einer Stellung, in welcher der Synchronisationsprozess abgeschlossen ist und sich die Umfangsverriegelungszähne 36 am Verriegelungskonusring 14 von den Innenzähnen 38 in der Hülse 20 gelöst haben, sobald eine synchrone Drehzahl zwischen der Hülse 20 und dem Innenkonusring 16 erzielt ist. In dieser Stellung wurde die Hülse 20 axial verschoben, so dass sich der Verriegelungskonusring 14 nach innen in die Hülse 20 bewegt hat und in einer axialen Stellung in Bezug auf die Hülse 20 gestoppt hat, wobei die axiale Stellung durch die Stellung bestimmt wird, in der die Hülse 20 auf den Innenkonusring 16 am Zahnrad 18 trifft und in diesen eingreift. In dieser Stellung ist der Schaltvorgang abgeschlossen und das Zahnrad 18 befindet sich an der Welle 30 im Eingriff. In dieser Stellung wurden ebenfalls die federgespannten Kugeln 40 noch weiter radial nach außen geschoben und liegen auf eine Außenfläche des Anschlagmittels 42, die als eine vierte Fläche 76 des Anschlagmittels 42 dargestellt ist.
8 und 9 zeigen jeweils eine Ansicht von einem der Anschlagmittel 42 am Verriegelungskonusring 14 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung von oben und eine Schnittansicht des Anschlagmittels 42 am Verriegelungskonusring 14 gemäß der Erfindung entlang der Linie II-II. Die Umfangsnut 49 ist in der Umfangsfläche des Verriegelungskonusrings 14 angrenzend an die erste Fläche des Anschlagmittels 42 angeordnet. Ein Verriegelungszahn 36 ist in einem Abstand zum Anschlagmittel 42 auf der Umfangsfläche des Verriegelungskonusrings 14 angeordnet. Die erste Fläche 70 ist im Wesentlichen flach und eine Normale 78 der ersten Fläche weist einen ersten Winkel α in Bezug zu einer Mittellinie 44 des Verriegelungskonusrings 14 auf. Der erste Winkel α beträgt 10 bis 80°, vorzugsweise 30 bis 60° und am besten 40 bis 50°. Aus 8 geht hervor, dass das Anschlagmittel 42 eine größere Ausdehnung hat als die Verriegelungszähne 36 in der Richtung parallel zur Mittellinie 44 und in der Umfangsrichtung. Das Anschlagmittel 42 umfasst eine zweite Fläche 72 und eine angrenzend an die erste Fläche 70 angeordnete dritte Fläche 74, die sich im Wesentlichen parallel zur Mittellinie 44 erstrecken, wobei beide eine Normale im Wesentlichen orthogonal zur Mittellinie 44 aufweisen. Das Anschlagmittel 42 umfasst ebenfalls die angrenzend an die erste, zweite und dritte Fläche 70, 72, 74 angeordnete vierte Fläche 76, die sich im Wesentlichen parallel zur Mittellinie 44 erstreckt und eine Normale aufweist, welche die Mittellinie 44 schneidet und im Wesentlichen orthogonal zur Mittellinie 44 ist.
In 9 ist ebenfalls der Innenkonusring 16 dargestellt, auf dem die konische Fläche 28 ausgebildet ist, die Reibfläche 28 des Verriegelungskonusrings 14 während der Synchronisation zu berühren.
Die in der Umfangsfläche des Verriegelungskonusrings 14 angeordnete Umfangsnut 49 ist zusammen mit dem Anschlagmittel 42 so ausgebildet, dass ein erster Punkt P1 auf der ersten Fläche 70 des Anschlagmittels 42 und ein zweiter Punkt P2 in der Umfangsnut 49 auf einem Umfang einer gemeinsamen Kugel 80 angeordnet sind.
10 zeigt eine Schnittansicht im Detail entlang der Linie II-II in 8. Die Umfangsnut 49 und das Anschlagmittel 42 sind so ausgebildet, dass, wenn die gemeinsame Kugel 80 mit einem Radius 82 auf der ersten Fläche 70 des Anschlagmittels 42 liegt und gleichzeitig in der Umfangsnut 49 liegt, der Umfang der gemeinsamen Kugel 80 die erste Fläche 70 des Anschlagmittels 42 ausschließlich in dem einen ersten Punkt P1 berührt und gleichzeitig die Fläche der Umfangsnut 49 ausschließlich in dem einen zweiten Punkt P2 berührt. Vorzugsweise weist die Umfangsnut 49 eine Konfiguration auf, die in der Schnittansicht zwei verschiedene Radien 84, 86 aufweist: einen in einem ersten Abschnitt 88 der Umfangsnut 49 angeordneten ersten Radius 84 und einen in einem zweiten Abschnitt 90 der Umfangsnut 49 angeordneten zweiten Radius 86. Der erste Radius 84 ist vorzugsweise kleiner als der zweite Radius 86. Der erste Abschnitt 88 der Umfangsnut 49 ist näher am Anschlagmittel 42 angeordnet als der zweite Abschnitt 90. Die Fläche des ersten Abschnitts 88 der Umfangsnut 49 erstreckt sich vorzugsweise bis zur ersten Fläche 70 des Anschlagmittels 42. Der zweite Kontaktpunkt P2 zwischen der Fläche der Umfangsnut 49 und der gemeinsamen Kugel 80 befindet sich im zweiten Abschnitt 90 der Umfangsnut 49.
Einer der Radien 84, 86 kann aber auch gleich Null sein, das heißt die Fläche ist im Wesentlichen planar.
Die mit einem Radius 82 ausgestattete gemeinsame Kugel 80 ist nur eine imaginäre Kugel, die zum Definieren der geometrischen Konfiguration der Umfangsnut 49 und des im und am Verriegelungskonusrings 14 angeordneten Anschlagmittels 42 beschrieben wird. Die gemeinsame Kugel 80 ist somit kein physisches Merkmal oder Teil des Verriegelungskonusrings 14. Wenn der Verriegelungskonusring 14 mit den anderen Teilen der Synchronisieranordnung zusammenwirkt, treten die federgespannten Kugeln 40 in Wechselwirkung mit dem Verriegelungskonusring 14 wie zuvor beschrieben. Vorzugsweise weisen die federgespannten Kugeln 40 einen Radius auf, der im Wesentlichen dem Radius 82 der gemeinsamen Kugel 80 entspricht, um die Wechselwirkung zu erzielen.
Nach einem Schaltvorgang, der bewirkt, dass das Zahnrad 18 von der Welle 30 gelöst wird, kehrt die Hülse 20 in eine Ausgangsstellung zurück, in der keine axiale Kraft auf den Verriegelungskonusring 14 einwirkt. Die federgespannten Kugeln 40 werden in die Umfangsnut 49 gedrückt und berühren die Fläche der Umfangsnut 49 und die erste Fläche 70 des Anschlagsmittels 42 analog zur Stellung der gemeinsamen Kugel 80 wie zuvor beschrieben. Somit verriegeln die federgespannten Kugeln 40 den Verriegelungskonusring 14 in einer feststehenden axialen Stellung in Bezug zu Hülse 20 und Innenkonusring 16. Durch ist die axiale Stellung des Verriegelungskonusrings 14 definiert, wenn sich die Hülse 20 in ihrer Ausgangsstellung befindet. Es wird ebenfalls verhindert, dass sich der Verriegelungskonusring 14 im Raum zwischen der Hülse 20 und dem Innenkonusring 16 bewegt, und daher kann der Verriegelungskonusring 14 nicht mit dem Innenkonusring 16 in Kontakt kommen. Somit werden ein Anstieg des Kraftstoffverbrauchs, ein Verschleiß der Reibflächen des Verriegelungskonusrings 14 und des Innenkonusrings 16 und Geräusche aufgrund von Schwingungen im Verriegelungskonusring 14 verhindert.
11 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Segments eines Verriegelungskonusrings 14 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Der Unterschied zwischen erster und zweiter Ausführungsform des Verriegelungskonusrings 14 besteht darin, dass gemäß der zweiten Ausführungsform das Anschlagmittel 42 mit einer ersten Fläche 70 ausgestattet ist, die in zwei Richtungen geneigt ist. Dies ist nachfolgend ausführlicher beschrieben.
12 und 13 zeigen jeweils eine Ansicht von einem der Anschlagmittel 42 am Verriegelungskonusring 14 gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung von oben und eine Schnittansicht des Anschlagmittels 42 am Verriegelungskonusring 14 gemäß der Erfindung entlang der Linie III-III. Die erste Fläche 70 ist im Wesentlichen flach und die Normale 78 der ersten Fläche weist einen ersten Winkel α in Bezug zu einer Mittellinie 44 des Verriegelungskonusrings 14 und einen zweiten Winkel β in Bezug zu einer Ebene 71, die mit der Mittellinie übereinstimmt, auf. Der erste Winkel α beträgt 10 bis 80°, vorzugsweise 30 bis 60° und am besten 40 bis 50°. Der zweite Winkel β beträgt 10 bis 50°, vorzugsweise 20 bis 40° und am besten 25 bis 35°. Die Richtung der ersten Fläche 70 gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung stellt sicher, dass sich die Verriegelungszähne 36 des Verriegelungskonusrings 14 in der richtigen radialen Stellung in Bezug zu den Innenzähnen 38 der Hülse 20 vor und während der Vorsynchronisation befinden. Wenn die Hülse 20 durch eine Schaltgabel in der axialen Richtung bewegt wird, wirken die federgespannten Kugeln 40 in der Hülse 20 auf die erste Fläche am entsprechenden Anschlagmittel 42 ein und bringen den Verriegelungskonusrings 14 in die richtige axiale Stellung in Bezug zur Hülse 20.
In 13 ist ebenfalls der Innenkonusring 16 dargestellt, auf dem die konische Fläche 28 ausgebildet ist, die Reibfläche 28 des Verriegelungskonusrings 14 während der Synchronisation zu berühren.
Analog zur ersten Ausführungsform ist die in der Umfangsfläche des Verriegelungskonusrings 14 angeordnete Umfangsnut 49 zusammen mit dem Anschlagmittel 42 so ausgebildet, dass ein erster Punkt P1 auf der ersten Fläche 70 des Anschlagmittels 42 und ein zweiter Punkt P2 in der Umfangsnut 49 auf einem Umfang einer gemeinsamen Kugel 80 angeordnet sind. Die Umfangsnut 49 ist gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung im Wesentlichen identisch wie die Umfangsnut 49 gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung ausgebildet. Ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform ist die in der zweiten Ausführungsform beschriebene gemeinsame Kugel 80 nur eine imaginäre Kugel, die zum Definieren der geometrischen Konfiguration der Umfangsnut 49 und des im und am Verriegelungskonusrings 14 angeordneten Anschlagmittels 42 beschrieben wird.
Die gemeinsame Kugel 80 ist somit kein physisches Merkmal oder Teil des Verriegelungskonusrings 14.
Die zuvor beschriebenen Komponenten und Merkmale können im Rahmen der Erfindung zwischen den verschiedenen beschriebenen Ausführungsformen kombiniert sein.

Claims

Verriegelungskonusring für eine Synchronisieranordnung (12), umfassend eine im Wesentlichen kreisförmige Reibfläche (28), wenigstens einen an einem Umfang (39) des Verriegelungskonusrings (14) angeordneten Verriegelungszahn (36), und wenigstens ein an einem Umfang (39) des Verriegelungskonusrings (14) angeordnetes Anschlagmittel (42), dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Anschlagmittel (42) eine erste Fläche (70) mit einer Normalen (78) mit einem ersten Winkel (α) in Bezug zu einer Mittellinie (44) des Verriegelungskonusrings (14) umfasst, dass eine Umfangsnut (49) in einer Umfangsfläche des Verriegelungskonusrings (14) angrenzend an die erste Fläche (70) des wenigstens einen Anschlagmittels (42) angeordnet ist, und dass das wenigstens eine Anschlagmittel (42) und die Umfangsnut (49) so ausgebildet sind, dass ein erster Punkt (P1) auf der ersten Fläche (70) des wenigstens einen Anschlagmittels (42) und ein zweiter Punkt (P2) in der Umfangsnut (49) auf einem Umfang einer gemeinsamen Kugel mit einem Radius (R1) angeordnet sind.
Verriegelungskonusring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangsnut (49) in einer Schnittansicht mit einem ersten Radius (84) angeordnet in einem ersten Abschnitt (88) der Umfangsnut (49) und einem zweiten Radius (86) angeordnet in einem zweiten Abschnitt (90) der Umfangsnut (49) ausgestattet ist.
Verriegelungskonusring nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Radius (84) kleiner ist als der zweite Radius (86).
Verriegelungskonusring nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abschnitt (88) näher am Anschlagmittel (42) angeordnet ist als der zweite Abschnitt (90).
Verriegelungskonusring nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Fläche des ersten Abschnitts (88) bis zur ersten Fläche (70) des Anschlagmittels (42) erstreckt.
Verriegelungskonusring nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Punkt (P2) im zweiten Abschnitt (90) angeordnet ist.
Verriegelungskonusring nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Fläche (70) flach ist.
Verriegelungskonusring nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Winkel (α) 10 bis 80° beträgt.
Verriegelungskonusring nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Normale (78) der ersten Fläche (70) des wenigstens einen Anschlagmittels (42) ebenfalls einen zweiten Winkel (β) in Bezug zu einer Ebene (71) aufweist, die mit der Mittellinie (44) übereinstimmt, und dass der zweite Winkel (β) 10 bis 50° beträgt.
Verriegelungskonusring nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der wenigstens eine Verriegelungszahn (36) in einer Richtung parallel zur Mittellinie (44) und in einer Umfangsrichtung erstreckt.
Verriegelungskonusring nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich das wenigstens eine Anschlagmittel (42) in einer Richtung parallel zur Mittellinie (44) und in einer Umfangsrichtung erstreckt.
Verriegelungskonusring nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Anschlagmittel (42) eine größere Ausdehnung als der wenigstens eine Verriegelungszahn (36) in der Richtung parallel zur Mittellinie (44) aufweist.
Verriegelungskonusring nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlagmittel (42) eine zweite Fläche (72) und eine angrenzend an die erste Fläche (70) angeordnete dritte Fläche (74) umfasst, die sich parallel zur Mittellinie (44) erstrecken, wobei beide eine Normale orthogonal zur Mittellinie (44) aufweisen.
Verriegelungskonusring nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlagmittel (42) eine angrenzend an die erste, zweite und dritte Fläche angeordnete vierte Fläche (76) umfasst, die sich parallel zur Mittellinie (44) erstreckt und eine Normale aufweist, welche die Mittellinie (44) schneidet und orthogonal zur Mittellinie (44) ist.
Verriegelungskonusring nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Umfangsnut (49) vollständig um die Umfangsfläche des Verriegelungskonusrings (14) erstreckt.
Synchronisieranordnung (12), dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronisieranordnung (12) einen Verriegelungskonusring (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst.
Synchronisieranordnung (12) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronisieranordnung (12) eine Nut umfasst, in der wenigstens eine federgespannte Kugel (40) angeordnet ist, wobei die federgespannte Kugel (40) einen Radius entsprechend dem Radius (82) der gemeinsamen Kugel (80) aufweist.
Getriebe (4), dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (4) eine Synchronisieranordnung (12) nach Anspruch 16 oder 17 umfasst.
Fahrzeug (1), dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (1) ein Getriebe (4) nach Anspruch 18 umfasst.