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Synchronisiereinrichtung für Zahnräderwechselgetriebe Die Erfindung
bezieht sich auf eine Synchronisiereinrichtung für Zahnräderwechselgetriebe zum
Herstellen des Gleichlaufes zwischen einer Welle mit einer drehfesten, mit Kupplungszähnen
versehenen, axial verschieblichen Schaltmuffe und einem auf der Welle drehbar gelagerten,
mit Gegenzähnen versehenen Zahnrad, das einen radial nachgiebigen, geschlitzten,
gegen Drehung gegenüber dem Zahnrad gesicherten Synchronisierring trägt, der an
seiner inneren oder äußeren Umfangsfläche eine zylindrische Gleitfläche und eine
konische Reibfläche aufweist und mit gleichartigen Flächen an der Schaltmuffe zusammenarbeitet.
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Bei einer bekannten Synchronisiereinrichtung dieser Art tritt beim
überschieben der Schaltmuffe über den Synchronisierring ein Synchronisiermoment
auf, dessen Größe vom Widerstand des Ringes gegen elastische Verformung abhängig
ist. Für ein ausreichendes Synchronisierinoment muß der Synchronisierring eine verhältnismäßig
große Steifigkeit besitzen. Nachteilig ist hierbei, daß für den Synchronisierring
und die Schaltmuffe eine große Herstellungsgenauigkeit erforderlich ist. Aber auch
dann, wenn enge Herstellungstoleranzen eingehalten werden, ergibt sich wegen der
längs des Umfanges unterschiedlichen Größe der am Ring auftretenden Kräfte eine
ungleichmäßige Abnutzung desselben vor allem an den beiden Enden, wodurch die synchronisierende
Wirkung sich im Laufe der Zeit ändert. Schließlich ist es auch nachteilig, daß wegen
der erwähnten notwendigen Steifigkeit des Ringes beim Schalten ein erheblicher Widerstand
überwunden werden muß, gleichgültig, ob ein großer Drehzahlunterschied zwischen
den zu synchronisierenden Teilen vorhanden ist oder nicht.
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Zur Vermeidung dieser Nachteile ist gemäß der Erfindung der Ring an
seiner der Reibfläche abgewandten Seite mit radialen Zähnen versehen" die schräge
Auflaufflächen aufweisen und mit entsprechenden Zähnen am Zahnrad zusammenwirken,
und am Zahnrad ist ein Bund vorgesehen, der den Ring an der Gleit- und Reibflächenseite
derart abstützt, daß der Ring infolge seiner radialen Nachgiebigkeit unter der Wirkung
der Auflaufflächen der radialen Zähne gegen den genannten Bund gedrückt wird und
seinen durch diesen bestimmten Durchmesser so lange beibehält, bis Gleichlauf erreicht
ist und die Wirkung der Auflaufflächen der radialen Zähne aufhört.
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Bei gemeinsamer Anwendung dieser Merkmale ergeben sich folgende Vorteile:
Der Ring kann vergleichsweise dünn und dadurch besonders nachgiebig ausgebildet
sein, da,- er während des Synchronisiervorganges nicht allein auf Grund seiner eigenen
Steifigkeit dem radialen Druck der mit den schrägen Auflaufflächen versehenen. radialen
Zähne standhalten muß, sondern sich an dem genannten Bund abstützen kann. Die große
Nachgiebigkeit des Ringes gestattet es, daß die Herstellungsgenauigkeit für den
Synchronisierring und die Schaltmuffe gering sein kann, weil sich der Ring den gegebenen
Verhältnissen besser anpaßt. Durch die Schmiegsamkeit des Ringes wird auch der Synchronisiervorgang
selbst verbessert. Die Nachgiebigkeit des Ringes ist sowohl im Neuzustand wichtig
als auch besonders nach längerer Betriebszeit, wenn bereits in nennens# wertem Umfang
Abnutzung eingetreten ist und dabei entstandene Ungleichmäßigkeiten durch die Schmiegsamkeit
des Ringes ausgeglichen werden können. Schließlich wird auch das Einrücken der Kupplungskränze
nach Erreichen des. Gleichlaufes erleichtert. Ein verhältnismäßig starrer und unter
hohem Anpreßdruck an der Gegenfläche anliegender Synchronisierring könnte die für
die genaue winkelmäßige Einstellung der Kupplungszahnkränze im allgemeinen erforderliche
geringe Relativdrehung behindern. Ein dünnwandiger, leicht biegsamer Ring ist auch
in dieser Hinsicht nachgiebiger und demgemäß vorteilhafter. Endlich kann das Einrücken
der Zahnkupplung mit geringer Schaltkraft vorgenommen werden, da der besonders nachgiebige
Synchronisierring dem Einrücken der Schaltmuffe beim Erreichen des Gleichlaufes
keinen großen Widerstand entgegensetzt.
Bei einer bekannten Synchronisiereinrichtung
ist der Synchronisierring an seiner der Reibfläche abgewandten Seite mit radialen
Zähnen versehen, die schräge Auflaufflächen aufweisen und mit entspechenden Zähnen
am Zahnrad zusammenwirken. Hierbei handelt es sich jedoch um eine Bauform, bei der
der Ring an der zahnfreien Seite eine durchgehend zylindrische Oberfläche besitzt.
Zum Synchronisieren wird die Schaltmuffe, die ebenfalls eine zylindrische Fläche
aufweist, vollständig in den Ring hineingeschoben. Durch die Wirkung der Zähne wird
der Ring an die zylindrische Fläche der Schaltmuffe elastisch angepreßt, und die
auftretende Reibung stellt den Gleichlauf her. Nachteilig ist hierbeL daß das Ineinanderschieben
der zylindrischen Oberflächen der Schaltmuffe und des Rin-es keine ausreichende
Sperrwirkung ergibt, so daß die Schaltmuffe schon unter verhältnismäßig geringem
Kraftaufwand in den Ring eingeschoben werden kann, selbst wenn noch kein Gleichlauf
herrscht, so daß die Kupplungsklauen unter Umständen beschädigt werden können. Weiterhin
stehen bei der bekannten Bauweise die Klauen des Zahnrades und der Schaltmuffe noch
nicht in Eingriff, wenn die zylindrischen Oberflächen des Ringes und der Schaltmuffe
bereits vollständig ineinandergeschoben sind. Um sie in Eingriff zu bringen, ist
noch eine zusätzliche Verschiebung der Schaltmuffe erforderlich, so daß sich insbesondere
bei Anordnung mehrerer Synchronisiereinrichtungen axial hintereinander ein verhältnismäßig
großer Platzbedarf ergibt.
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Bei einer weiteren bekannten Bauform einer Synehronisiereinrichtung,
bei der das Synchronisiermoment vom elastischen Formänderungswiderstand des Synchronisierringes
abhängig ist, hat man die Sperrwirkung durch an der Schaltmuffe und der Nabe derselben
angeforinte Zähne zu verbessern versucht, welche eine weitere Verschiebung der Muffe
vor Erreichen des Gleichlaufes verhindern sollen. Einerseits ergibt dies jedoch
den Nachteil, daß die so ausgebildete Nabe und Schaltmuffe teuer sind, und andererseits
besteht nach Herstellung des Reibungsschlusses zwischen Schaltmuffe und Ring keine
Möglichkeit mehr, eine zusätzliche Kraft zur 4
Verstärkung der Reibung und
damit zur Erhöhung des Synchronisiermomentes auszuüben. Die Synchronisierung ist
also von der Schaltkraft unabhängig. Demgegenüber ist bei der erfindungsgemäßen
Kupplung das Synchronisiermoment abhängig von der an der Schaltmuffe ausgeübten
Schaltkraft, so daß beispielsweise der Fahrer eines Kraftwagens den Synchronisiervorgang
beeinflussen kann, was etwa dann vorteilhaft ist, wenn auf einer Bergstraße schnell
geschaltet werden muß.
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Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung, bei der die
zylindrisch-konische Umfangsfläche am Ring außen und die radialen Zähne innen angeordnet
sind, liegt der Ring mit radialer Vorspannung an dem genannten Bund des Zahnrades
an, und er wird beim Einrücken der Schaltmuffe radial verengt. Durch geeignete Bemessung
dieser radialen Vorspannung des Ringes läßt sich die Schaltkraft beeinflussen, die
zum Einrücken der Schaltmuffe erforderlich ist. Entsprechendes gilt bei einer anderen
Ausführungsform der Erfindung, bei der die zylindrisch-konische Umfangsfläche am
Ring innen und die radialen Zähne außen angeordnet sind. In diesem Fall liegt der
Ring ebenfalls mit radialer Vorspannung am Bund des Zahnrades an, und der Ring wird
beim Einrücken der Schaltmuffe radial gespreizt.
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Die Erfindung wird in Verbindung mit den Zeichnungen beispielsweise
beschrieben, und zwar zeigt F i g. 1 die obere Hälfte eines Axialschnitts
durch eine Synchronisiereinrichtung nach der Erfindung, F i g. 2 einen Querschnitt
zu F i g. 1,
F i g. 3 die obere Hälfte eines Axialschnitts durch eine
andere Ausführungsform einer Synchronisiereinrichtung nach der Erfindung und F i
g. 4 einen Querschnitt zu F i g. 2.
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In F i g. 1 ist mit 1 eine Welle bezeichnet, die ein
Zahnrad 2, das auf ihr frei drehbar ist, und eine Kupplungsnabe 3 trägt,
die mit der Welle drehfest verbunden ist. Auf der Nabe ist in an sich bekannter
Weise die Schaltmuffe4 einer Klauenkupplung axial verschieblich geführt.
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Auf den die Kupplungsverzahnung aufweisenden Hals des Zahnrades 2
ist ein Ring 5 aufgesteckt, dessen konische Außenfläche 6 beim Synchronisieren
an der konischen Innenfläche 7 der Schaltmuffe 4 anliegt. Ferner weist der
Ring 5 eine an die konische Fläche 6 anschließende zylindrische Fläche
16 und die Schaltmuffe ebenfalls eine an die konische Innenfläche
7 anschließende zylindrische Innenfläche 15
auf.
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Wie F i g. 2 zeigt, ist der Ring 5 an einer Stelle seines
Umfangs unterbrochen, und er trägt an seiner Innenseite Zähne 9 mit schrägen
Flanken, die mit am Zahnrad 2 vorgesehenen Zähnen 10 zusammenwirken. Der
Ring 5 liegt unter elastischer Vorspannung an einem Bund 11 des Zahnrades
an. Die Schaltmuffe und das Zahnrad tragen in bekannter Weise Kupplungsklauen
13 und 14.
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Die Wirkungsweise beim Einrücken der Kupplung ist folgende: Durch
Verschieben der SchaItmuffe 4 werden die zum Synchronisieren dienenden Reibkegel
6 und 7 in Berührung gebracht. Dies hat zur Folge, daß der Ring
5, der sich mit der Geschwindigkeit des Zahnrades 2 beispielsweise schneller
als die Welle 1 dreht, durch die Reibung an der Schaltmuffe 4 abgebremst
wird, wobei seine Zähne 9 an den Zähnen 10 des Zahnrades zur Anlage
kommen. Jede weitere Verschiebung der Schaltmuffe 4 führt dazu, daß der Synchronisierring
5 radial zusammengepreßt wird. Dieser im Sinne einer Verringerung des Ringes
5 wirkenden Kraft wird durch den Gegendruck an den Schrägflächen der durch
das Synchronisiermoment in Pfeilrichtung 12 gegen die Zähne 10
gepreßten Zähne
9 das Gleichgewicht gehalten.
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Gegen Ende des Synchronsiervorganges läßt die Spreizwirkung der Zähne
9, 10 nach. Jetzt kann der Synchronisierring durch die aus der Einrückkraft
der Schaltmuffe an den konischen Flächen 6, 7 resultierende Radialkraft verengt
werden, so daß die Zähne 9, 10, die bisher aneinanderlagen, sich voneinander
lösen, mit Ausnahme des in Relativd-reh#richtung 12 vordersten Zähnepaares
9a, 10a. Sobald die Synchronisierung beendet, d. h. die Drehzahldifferenz
der Welle 1 gegenüber dem Zahnrad 2 zu Null geworden ist, läßt sich der Synchronisierring
durch die Schaltmuffe radial so verengen, daß er dem Überschieben der Schaltmuffe
keinen Widerstand mehr entgegensetzt und die Kupplungsklauen 13 der Schaltmuffe
in die Lücken zwischen den Gegenklauen 14 am Zahnrad eindringen können.
Sinngemäß
g verläuft der Einrückvorgang bei einer Relativdrehrichtung des Synchronisierringes
5 gegenüber dem Zahnrad 2 entgegengesetzt zu dem in F i g. 2 eingezeichneten
Pfeil 12, wobei der Zahn 9 b
mit dem Zahn 10a in der oben beschriebenen
Weise zusammenwirkt.
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Bei der in F i g. 3 und 4 dargestellten Ausführungsform trägt
die Welle 21 frei drehbar ein Zahnrad 22. Mit der Welle 21 ist außerdem die Kupplungsnabe
23 drehfest verbunden, und diese trägt in bekannter Weise eine axial verschiebliche
Schaltmuffe 24.
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Mit dem Zahnrad 22 ist ein Ring 37 fest verbunden, der auf
seiner Innenseite Zähne 30 mit schrägen Flanken aufweist. Im Inneren des
Ringes 37 ist ein geschlitzter Synchronisierring 25 angeordnet, der
mit den Zähnen 30 zusammenwirkende Zähne 29 trägt.
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Der geschlitzte Ring 35 liegt mit radialer Vorspannung an einer
Zentrierschulter 31 an. Er weist außerdem eine konische Synchronisierfläche
26 auf, die mit der konischen Fläche 27 der Schaltmuffe in Reibberührung
gebracht werden kann.
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An die konische Fläche 26 des Ringes 25 schließt eine
zylindrische Fläche 36 an, desgleichen an die konische Fläche 27 der
Schaltmuffe die zylindrische Fläche 35.
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Wie ersichtlich, handelt es sich beider Ausführung nach F i
g. 3, 4 um eine geometrische Umkehrung zu der Ausführung nach F i
g. 1, 2. Bei der oben beschriebenen Ausführung weist der Synchronisierring
5 eine Vorspannung nach außen auf, er wird von den zusammenwirkenden Zähnen
9, 10 radial aufgeweitet und durch die Schaltrauffe 4 radial verengt. Umgekehrt
bei der Ausführung nach F i g. 3, 4: die Vorspannung ist radial nach innen
gerichtet; die zusammenwirkenden Zähne 29, 30 (bzw. 29a, 30a) üben eine den
Synchronisierring radial verengende Kraft und die Schaltrauffe 25 übt eine
den Ring radial spreizende Kraft aus. Die angenommene Drehrichtung des Zahnrades
22 bzw. des Ringes 37 gegenüber dem Synchronisierring 25 ist mit
32 bezeichnet. Die Wirkungsweise der Teile beim Einrücken der Kupplung entspricht
der oben im Zusammenhang mit F i g. 1, 2 beschriebenen Wirkungsweise sinngemäß.