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Synchronisiereinrichtung, insbesondere für Kraftfahrzeug-Klauenkupplungen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Synchronisiereinrichtung mit einem durch eine
Schaltmuffe axial verschiebbaren und gegenüber einem Schaltmuffenträger begrenzt
drehbaren konischen Synchronring, der auf der dem Schaltmuffenträger zugekehrten
Stirnfläche mit in Umfangsrichtung geneigten Keilflächen versehen ist, und ist besonders
vorteilhaft anwendbar bei Klauenkupplungen von Kraftfahrzeuggetrieben.
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Bei einer bekannten Synchronisiereinrichtung dieser Art sind der Reibbring
und der Muffenträger mit axialen Keilflächen versehen, durch die der Anpreßdruck
des Reibringes auf die Reibfläche des mit der Schiebemuffe kuppelbaren Kupplungsteiles
selbsttätig verstärkt werden soll. Die Keilflächen an dem Reibring und dem Muffcnträger
wirken als. Keilgetriebe, d. h., die Keilflächen gleiten bei einer Relativdrehung
des Synchronringes gegenüber dem Muffenträ-ger aufeinander, .und der Reibring wird
in Abhängigkeit von dieser Relativdrehung axial verschoben und an die Reibflächen
des zu synchronisierenden Kupplungsteiles angepreßt. Der Schaltvorgang erstreckt
sich bei dieser bekannten Ausführung wegen der Gleitreibung an den Keilflächen über
eine relativ lange Zeit, so daß die Wärmebelastung des Synchronringes durch die
Reibung an den Synchronisierflächen hoch und der Verschleiß übermäßig groß ist.
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Es wurde zwar bereits eine Synchroni:siereinrichtung mit selbsttätiger
Verstärkung des Anpreßdruckes vorgeschlagen, bestehend aus einer Reibkupplung mit
Reibbacken in Form von Ringsegmenten, die durch in doppelkeilförmigen Ausnehmungen
der Segmente liegende, an einem Stützring abgestützte Rollen an eitle Reibtrommel
angepreßt werden; bei dieser Ausführung hat sich jedoch gezeigt, daß durch die an
den Keilflächen auftretenden Radialkräfte die Wälzkörper derart an ihre Gegenflächen
angepreßt werden, daß ein Abwälzen nicht stattfinden kann.
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Um die Nachteile der genannten Synchronisiereinrichtungen zu vermeiden
und um vor allem die Schaltzeiten einer mit Keilflächen zur selbsttätigen Verstärkung
der Anpreßkraft versehenen Synchronisiereinrichtung zu verkürzen, wird gemäß der
Erfindung vorgeschlagen, daß an dem Schaltmuffenträger radial gerichtete Drehachsen
angeordnet sind, auf denen mit den Keilflächen des Synchronringes zusammenwirkende
Anpreßrollen drehbar gelagert sind.
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Es ist zwar eine Synchronisiereinrichtung bekannt, bei der auf radialen
Drehachsen Rollen gelagert sind. Die Drehachsen sind dort aber an der Schaltmuffe
befestigt und dienen zur Übertragung der über die Schaltmuffe eingeleiteten Schaltkraft
auf die Synchronringe. Die Relativdrehung des Synchronringes gegenüber dem Schaltmuffenträger
wird bei dieser Ausführung nicht zur Anpressung des Synchronringes ausgenutzt.
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Bei einer gemäß der Erfindung ausgebildeten Synchronisiereinrichtung
werden die zur Verstärkung der Anpreßkraft vorgesehenen Keilflächen und die Synchronisierflächen
wie auch der Synchronring wesentlich geringer belastet als bei den vorbekannten
Ausführungen, weil zwischen den Keilflächen keine gleitende Reibung herrscht, sondern
die bekannten Vorteile der rollenden Reibung ausgenutzt werden. Durch die Anwendung
von Wälzkörpern .an dem die axiale Anpressung des Synchronringes in Abhängigkeit
vom synchronisierenden Reibmoxnernt bewirkenden Keilgetriebe wird nämlich der Zeitbedarf,
der zum Synchronisieren erforderlich ist, sehr kurz gehalten, so daß das Einrücken
der Kupplung rasch vorgenommen werden kann und die Wärmeabelastung des Synchronringes
klein bleibt. Außerdem wird durch die Anordnung der Rollen auf radialen Drehachsen
dafür gesorgt, daß ein Verklemmen, wie es bei der vorbekannten Kupplung mit Wälzkörpern
auftrat, nicht vorkommen kann.
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Um die an der Schaltmuffe eingeleitete Schaltkraft auf die Anpreßrollen
und den Synchrom-ing übertragen zu können, ist es vorteilhaft, die die Anpreßrollen
tragenden Drehachsen radial verschieiblich im Sdhaltmuffenträger anzuordnen und
mit ihrem freien Ende nachgiebig in Ausnehmungen der Schaltmuffe eingreifen zu lassen.
Die Rollendrehachsen dienen dabei also zugleich als radial gefederte Raststifte.
Dabei ist es zweckmäßig die freien Enden der Drehachsen in bekannter Weise mit kegelförmigen
Flächen und die Ausnehmungen der Schaltmuffe mit
entsprechend ausgebildeten
Gegenflächen zu versehen. Federrasten od. dgl. sind somit bei der erfindungsgemäßen
Kupplung nicht mehr erforderlich.
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Wird die erfindungsgemäße Synchronisiereinrichtung bei Doppelkupplungen
angewandt, können in bekannter Weise für beide Synchronringe gemeinsame Anpreßrollen
vorgesehen werden.
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Die Erfindung ist an Hand einiger Ausführungsbeispiele in der Zeichnung
dargestellt und erläutert. Hierbei zeigt F i g. 1 einen Axialschnitt durch ein m:it
einer erfindungsgemäßen Synchronisiereinrichtung versehenes Zahnräderwechselgetriebe,
F i g. 2 einen Schnitt nach der Linie II-11 der Fig.1. F i g. 3 einen Teilschnitt
nach der Linie III-III der F i g. 1, F i g. 4 die in F i g. 3 dargestellte Einzelheit
in Kupplungsstellung, F i g. 5 einen Axial'schnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel,
F i -g. 6 die Anpreßrollen der Kupplung nach F i g. 5 in Neutralsrtellung, F i g.
7 die Anpreßrollen in Arbeitsstellung, F i g. 8 ein weiteres Ausführungsbeispiel.
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In dem Ausführungsbeispiel nach den F i g. 1 bis 4 ist ein Zahnräderwechselgetriebe
dargestellt, bei dem ein auf der Getriebeausgangswelle 2 frei drehbares Zahnrad
3 im Bedarfsfall mit dieser gekuppelt werden soll. Zu diesem Zweck ist ein über
ein Keilprofil 5 auf der Getriebewelle 2 drehfest gelagertes Zahnrad 7 mit
einem Kupplungskleuenkranz 8 versehen.
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Am Zahnrad 3 ist ein sich in Richtung des Zahnrades 7 erstreckender
Bund angebracht, der zur Lagerung des Schaltmuffenträgers 12 dient. Der Schaltmuffenträger
12 weist mehrere am Umfang verteilte Durchbrechungen 13 auf, in denen je eine Anpreßrolle
14 mit zylindrischer Lauffläche 15 eingesetzt ist. Zur Lagerung der Rollen
14 sind radial gerichtete und mit dem Schaltmuffenträger 12 unverschiebbar
verbundene Achsen 16 vorgesehen.
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Auf dem Schaltmuffenträger 12 ist eine axial verschiebbare Schaltmuffe
21 angeordnet, die über Keilprofile 18 bzw. 19 drehfest mit diesem verbunden ist,
wobei das Keilprofil 19 der Schaltmuffe 21 bei einer Verschiebung der Schaltmuffe
21 mit dem am Zahnrad 7 angebrachten Kupplungsklauenkranz 8 in Eingriff gelangt.
Die Schaltmuffe 21 besitzt eine ringförmige Nut 22, in die eine nicht dargestellte,
über eine Schaltstange vom Getriebeschalthebel betätigbare Schaltgabel eingreift.
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In eine ringförmige Eindrehung 23 des Schaltmuffenträgers 12 ist ein
Synchronring 24 eingesetzt, dessen kegelig ausgebildete Synchronisierreibfläche
26 mit einer am Zahnrad 7 vorgesehenen Gegenreibfläche 27 zusammenarbeitet.
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An der dem Schaltmufenträger 12 zugewandten Stirnfläche des Synchronringes
24 sind zur Umfangsrichtung geneigte Flächen 32 bzw. 33 ausgebildet, auf die die
Anpreßrollen 14 bei Einleitung eines Schaltvorganges (s. Fig. 3 und 4) auflaufen.
Zu diesem Zweck ist der Synchronring 24 in der Eindrehung 23 begrenzt drehbar.
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Im Schaltmuffenträger 12 sind am Umfang verteilt Ausnehmungen
40 vorgesehen, die zur Aufnahme von Mitnehmem 42 dienen. Die Mitnehmer weisen
je ein vorspringendes Teil 43 auf mit einer Nut 45, in die ein am Synchronring 24
angebrachter Zapfen 46 eingreift.
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Außerdem sind die Mitnehmer 42 mit radialen Bohrungen 48 versehen,
in die Kugeln 52 eingesetzt sind-, auf die die mit Vorspannung eingesetzten Druckfedern
50 einwirken und sie in die trapezförmigen Rastkerben 54 bzw. 55 am Keilprofil 19
drücken. Während die Rastkerben 54 für die Neutralstellung der Schaltmuffe 21 vorgesehen
sind, dienen die Rastkerben 55 für die Kupplungsstellung, so daß ein ungewolltes
Entkuppeln vermieden wird.
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Am Synchronring 24 sind weiterhin am Umfang verteilt axial gerichtete,
als Sperrzähne dienende Vorsprünge 57 angebracht, die an ihrem freien Ende Anschrägunpn
58 bzw. 59 aufweisen. Den Anschrägungen 58, 59 stehen, wie der F i g. 3 zu entnehmen
ist, entsprechend ausgebildete Gegenflächen 61 bzw. 62 von an einem Teil 60 gebildeten
Sperrzähnen 63 bzw. 64 gegenüber. Der Teil 60 ist in Ausnehmungen
66 der Schaltmuffe 21 eingesetzt und mittels Schrauben 68 bzw. 69 an dieser befestigt.
In Neutrall:age der Schaltmuffe 21 stehen die Sperrzähne 57 des Synchronringes
24 in der Mitte zwischen den Sperrzähnen 63 und 64 des Teiles
60, während sich beim Synchronisieren die Sperrzähne 57 mit ihren Schrägflächen
58 bzw. 59 an die Schrägflächen 61 bzw. 62 der Sperrzähne 63 bzw. 64 anlegen und
somit ein Durchschalten der Schaltmuffe 21 vor Erreichen des Gleichlaufes der zu
kuppelnden Teile verhindern.
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Der an dem Zahnrad 7, das mit der Getriebewelle 2 drehfest verbunden
ist, vorgesehene Kupplungsklauenkranz 8 ist an einem Ring 70 angebracht,
der mehrere am Umfang verteilte segmentfönnige Ansätze 72 besitzt, die in entsprechend
ausgebildete Durchbreehungen 73 der Radscheibe 74 hineinragen. Zwischen den Segrnentteilen
72 und den Durchbrechungen 73 ist in beiden Drehrichtungen ein Spiel belassen, durch
das es ermöglicht wird, daß der Ring 70 gegenüber dem Zahnrad 7 eine begrenzte Relativdrehung
ausführen kann. Dadurch wird nach erfolgter Synchronisation der zu kuppelnden Teile
beim Durchschalten der Schaltmuffe 21 ein erleichtertes Einspuren der Kupplungsklauen
19 in die Gegenklauen 8 bewirkt. Durch eine Ringplatte 75 und Schrauben 76 ist der
Ring 70 am Zahnrad 7 so gehalten, daß gegenüber dem Zahnrad 7 eine Relativdrehung
möglich ist.
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Um den Ring 70 in der Mittelstellung halten zu können, sind in der
Radscheibe 74 Bohrungen 80
vorgesehen, in die mit Vorspannung Druckfedern
82 eingesetzt sind. Diese Federn wirken auf Kugeln ein, so daß diese in doppelkeilförmige
Kerben 85 am Ring 70 eingedrückt werden.
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Soll nach F i g. 1 das Zahnrad 3 mit der Getriebeausgangswelle 2 gekuppelt
werden, so ist die in Neutrallage stehende Schaltmuffe 21 nach links zu verschieben.
Diese Schaltbewegung wird über die Kugeln 52 auf die Mitnehmer 42 übertragen,
die ihrerseits mittels der in die Nut 45 eingreifenden Zapfen 46 auf den
Synchronring 24 einwirken und diesen mit seiner kegeligen Synchronisierreibfläche
26 mit der am Zahnrad 7 vorgesehenen Gegenreibfläche 27 in Reibschluß bringen. Dadurch
wird der gegenüber dem Schaltmuffenträger 12 begrenzt drehbare Synchronring 24 von
dem Zahnrad 7 um einen dem Anpreßdruck der Schaltmuffe 21 entsprechenden Betrag
gedreht, und die um die radial gerichteten Achsen 16 drehbaren Anpreßrollen 14 laufen
mit
ihren Flächen 15 auf die tangentialen Keilflächen 32 auf, so
daß durch die Keilwirkung die über die Schaltmuffe 21 eingeleitete Anpreßkraft an
den Synchronkegeln 26 bzw. 27 in axialer Richtung selbsttätig verstärkt wird.
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Durch die Drehung des Synchronringes 24 gegenüber dem Schaltmuffenträger
12 wind außerdem bewirkt, daß sich die Sperrzähne 57 bei einer angenommenen Drehung
im Uhrzeigersinn mit ihrer Fläche 58 an der Gegenfläche 62 der Schaltmuffe 21 anlegen,
so daß ein Durchschalten der Schaltmuffe 21 vor Erreichen des Gleichlaufes der zu
kuppelnden Teile verhindert wird.
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Ist Gleichlauf erreicht, so ist es mit geringer Kraft möglich, den
Synchronring 24 in seine Ausgangsstellung zurückzudrücken, und zwar mittels der
an den Sperrzähnen 57 bzw. 63, 64 gebildeten Schrägflächen 58, 59 bzw. 61, 62. Die
Schaltmuffe 21 kann nun mit ihren Klauen 19 in die am Zahnrad 7 angeordneten Gegenklauen
8 eingeschoben werden, wodurch das Zahnrad 3 mit der Getriebewelle gekuppelt ist.
Um ein einwandfreies Einspuren der Kupplungsklauen 19 bzw. 8 zu ermöglichen, kann
der die Klauen 8 tragende Ring 70 um einen begrenzten Betrag nach beiden Richtungen
gegenüber dem Zahnrad 7 gedreht werden, so daß die Klauen 19 der Schaltmuffe 21
aus jeder Stellung heraus in die Klauen 8 des Zahnrades 7 einspuren können. Die
Übertragung des Drehmomentes wird durch die sich an die Stirnflächen der Durchbrechungen
73 des Rades 7 anlegenden Se:gmeutteile 72 bewirkt. Durch die federbelasteten Kugeln
83 im Zahnrad 7 und die am Ring 70 vorgesehenen Einschnitte 85 wird der Ring
70 beim Entkuppeln wieder in seine Mittellage zurückgeführt.
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Die F i g. 5 bis 7 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel einer gemäß
der Erfindung ausgebildeten Synchronisiereinrichtung, und zwar ist im Gegensatz
zu F i g. 1 hier eine sogenannte Doppel- oder Wechselkupplung dargestellt. Auf der
Getriebeausgangs-. welle 100 sind frei drehbar zwei Zahnräder 101 und
102 gelagert, die mittels einer Klau enkupplung mit der Welle 100 wahlweise
kupp@elbar sind. Der Schaltmuffenträger 103 ist zwischen den beiden Zahnrädern durch
ein Keilprofil 105 undreh bar auf der Welle gehalten. Die mit der Welle zu kuppelnden
Zahnräder tragen je einen Kupplungsklauenkranz 111 bzw. 112, in die die Gegenklauen
113 der Schaltmuffe 110 wahlweise einschiebbar sind. Die Zahnräder tragen je eine
ke:gelige Synchronisierreib:fläche 114 bzw. 115, die mit den an den Synchronringen
120 und 121 gebildeten Reibflächen 122 bzw. 123 zusammenwirken. Die Synchronringe
sind in ringförmige Ausnehmungen 125 und 126 am Schal'tmuffe:nträger 103 derart
eingesetzt, daß sich diese begrenzt gegenüber dem Schaltmuffenträger drehen können.
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An der dem Schaltmuffenträger zugewandten Stirnfläche der Synchronringe
sind zur Stirnebene geneigte Keilflächen 128, 129 bzw. 130, 131 gebildet, die mit
den Laufflächen 133 der auf radial gerichteten, mit dem Schaltmuffcnträger 103 verbundenen
Achsen 135 gelagerten Anpreßrollen 136 zusammenarbeiten.
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Der Schaltmuffenträger ist mit am Umfang verteilten Ausschnitten 138
versehen, in die Mitnehmer 139 eingesetzt sind. Diesen Mitnehmern kommt die Aufgabe
zu, die von der Schaltmuffe 110 eingeleitete Schaltbewegung auf die Synchronringe
120 bzw. 121 zu übertragen und außerdem die Synchronringe in ihrer Neutrallage zu
fixieren. Zu diesem Zweck weisen die Mitnehmer je zwei axiale Arme 140 bzw. 141
auf.
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Die Synchronringe sind mit Hilfe von Federn axial nachgiebig mit den
M.itnehmern 139 verbunden, 'so daß eine Rückführung in die Neutrallage ermöglicht
und außerdem eine gegenseitige Behinderung der axialen Verstellbarkeit der Synchronringe
vermieden wird. Im Muffenträger sind radiale Bohrungen 148 vorgesehen, in die aus
Druckfedern 150 und Kugeln 149 bestehende Federrasten eingesetzt sind. Die Kugeln
149 rasten in Neutralstellung in die Ausschnitte 151 der Schaltmuffe 110 ein (F
i g. 5).
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An den Synchronringen 120, 121 sind in bekannter Weise Sperrzähne
mit keilförmigen Stirnflächen vorhanden, die mit abgeschrägten Stirnflächen von
Sperrzähnen an der Schaltmuffe 110 zusammenarbeiten.
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Wird in dem Ausführungsbeispiel nach den F i g. 5 bis 7 die Schaltmuffe
110 aus der gezeichneten Neutralstellung nach links oder rechts verschoben, so gelangt
der Synchronisierkegel 114 oder 115 des Zahnrades 101 oder 102 mit dem Gegenkegel
122 oder 123 des Synchronringes 120 oder 121 in Reibverbindung und bewirkt eine
Mitnahme des Synchronringes in Umfangsrichtung. Dabei laufen die Anpreßrollen 136
entsprechend der relativen Drehrichtung der zu kuppelnden Teile auf eine der Schrägflächen
128, 129 oder 130, 131 auf und bewirken somit eine selbsttätige Verstärkung der
eingeleiteten Anpreßkraft-Ist Gleichlauf zwischen den zu kuppelnden Teilen hergestellt,
ist es mit Hilfe der genannten an den Sperrzähnen ausgebildeten Schrägflächen der
Schaltmuffe 110 bzw. der Synchronringe 120, 121 möglich, die Synchronringe wieder
in ihre Ausgangsstellung zurückzudrehen, so daß die Kupplungsklauen 113 der Schaltmuffe
110 in die Gegenklauen 111 oder 112 des Zahnrades 101 oder 102 eingeschoben werden
können.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 8 sind die Achsen
170, auf denen Anpreßrollen 183 frei drehbar gelagert sind, radial
beweglich in Bohrungen 173 des Schaltmuffenträgers 174 :geführt. Die Achsen 170
weisen jeweils an ihrem radial inneren Ende eine Ausnehmung 175 auf, in die eine
sich am Schaltmuffenträger 174 abstützende vorgespannte Druckfeder 176 eingesetzt
ist. Diese Druckfeder winkt auf die Achse 170 in radialer Richtung ein und hält
das mit einer kegeligen Absdhrägung 178 versehene Ende 179 der Achse 170 im Eingriff
mit einer entsprechend ausgebildeten ringförmigen Rastkerbe 180 der Schaltmuffe
177. Durch die Schrägfläche 181 bzw. 182 der Rastkerbe 180 und der Gegenfläche 178
am Kopf der Achse 170 wird ein Durchschalten der Schaltmuffe 177 vor Erreichen des
Gleichlaufes der zu kuppelnden Teile verhindert.
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Wird ein Schaltvorgang durch Verschieben der Schaltmuffe 177 in der
einen oder anderen axialen Richtung eingeleitet, so wird einer der Synchronringe
184, 185 mit seiner Synchronisierreibfläche in Reibverbindung mit der an dem zu
kuppelnden Teil 171 oder 172 vorgesehenen Gegenreibfläche . gebracht. Dabei wird
der betreffende Synchronring durch die Relativgeschwindigkeit gegenüber dem benachbarten
Kupplungsteil gedreht, so daß die Anpreßrolle:n 183 auf die am Synchronring 184
bzw. 185 ausgebildete Schrägfläche 186 bzw. 187 auflaufen und der auf den
Synchronring
184 bzw.185 einwirkende Anpreßdruck selbsttätig verstärkt wird.
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Außerdem wird über die Anpreßrollen 183 ein verstärkter Druck auf
deren Achsen 170 ausgeübt. Dadurch werden die Achsen 170 daran gehindert, gegen
die Wirkung der Druckfedern 176 in die Bohrungen 173 zurückzuweichen. Ein Durchschalten
der Schaltmuffe 177 ist somit erst dann möglich, wenn Gleichlauf zwischen den zu
kuppelnden Teilen hergestellt ist und sich der Druck der Anpreßrollen 183 auf die
Achsen 170 vermindert hat. Ist dies der Fall, so können mit Hilfe der Schrägflächen
181 bzw. 182 an der Schaltmuffe 177 die Achsen 170 gegen die Wirkung der Druckfedern
176 zurückgedrückt werden, so daß die Schaltmuffe 177 nun durchgeschaltet werden
kann.