DE19626194A1

DE19626194A1 - Synchronisiereinrichtung für Schaltgetriebe

Info

Publication number: DE19626194A1
Application number: DE1996126194
Authority: DE
Inventors: Klaus Christian
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1996-06-29
Filing date: 1996-06-29
Publication date: 1998-01-02

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Synchroni siereinrichtung für Schaltgetriebe von Kraftfahrzeugen mit einer durch axiales Verschieben mit einer Welle drehstarr verbundenen und mit einer Innenverzahnung versehenen Schaltmuffe, wobei die Innenverzahnung in eine Einspur- und in eine Sperrverzahnung unterteilt ist, mit einem mit einer Außenverzahnung versehenen Kupplungskörper sowie mit einem Synchronisierring, der in Umfangsrichtung mit der Schalt muffe über eine Außenverzahnung in formschlüssiger und mit dem Kupplungskörper in reibschlüssiger Verbindung steht und dessen Verzahnung unter einem Winkel zueinander angeordnete Sperrflächen zum Eingriff bei Synchrondrehzahl in entspre chende Sperrflächen der Sperrverzahnung der Schaltmuffe aufweist.

Derartige Synchronisiereinrichtungen sind vielfältig bekannt und z. B. in der DE-PS 26 59 448 beschrieben. Wird ein Gang durch Verschieben der Schaltmuffe in axialer Rich tung von der Neutralstellung aus eingelegt, so nimmt sie den Synchronisierring mit und drückt ihn dabei gegen einen Gegenkonus des Kupplungskörpers. Eine reibschlüssige Ver bindung zwischen Synchronisierring und Kupplungskörper wird dabei hergestellt, wodurch eine Drehzahlangleichung zwi schen der Welle, der Schaltmuffe und dem Synchronisierring sowie dem Kupplungskörper und dem zugehörigen Zahnrad des einzuschaltenden Räderpaares erreicht wird. Am Synchroni sierring vorgesehene Sperrflächen werden dabei in eine Stellung gebracht, in der sie mit zugehörigen und angepaß ten Sperrflächen an der Schaltmuffe in Eingriff gelangen und dadurch ein axiales Verschieben der Schaltmuffe in Richtung auf den Kupplungskörper verhindern. Die Sperrflä chen sind üblicherweise an einer Außenverzahnung des Syn chronisierringes angebracht, die der Außenverzahnung des Kupplungskörpers angepaßt ist; die Gegenflächen sind dabei an den Enden der Zähne angebracht, welche die Innenverzah nung der Schaltmuffe bilden. Erst bei Erreichen der Syn chrondrehzahl läßt sich die Schaltmuffe an den Sperrflächen des Synchronisierringes vorbei in die Außenverzahnung des Kupplungskörpers einschieben.

Beim Hochschalten des Getriebes, d. h. beim Einlegen eines höheren Ganges, läuft das zur Schaltmuffe gleichach sige Zahnrad, zu dem beim Hochschalten die Verbindung her gestellt wird, zunächst schneller als die Schaltmuffe, so daß es üblicherweise zum Erreichen eines Gleichlaufes über den Synchronisierring abgebremst werden muß. Treten jedoch starke Bremskräfte auf das Getriebe auf, beispielsweise infolge der bei kaltem Getriebe höheren Viskosität des Ge triebeöles, so wird das Getriebe nach dem Ausrücken des niedrigeren Ganges durch die Bremskräfte verzögert, wodurch die Getriebedrehzahl während des Einrückens des höheren Ganges soweit abfallen kann, daß Gleichlauf zwischen der Schaltmuffe und dem Kupplungskörper entsteht und die Schaltmuffe an den Sperrflächen des Synchronisierringes vorbei gleitet, ohne das zwischen dem Synchronisierring und dem Kupplungskörper eine reibschlüssige Verbindung herge stellt wird. Durch diesen Bremseffekt und weiterer Vermin derung der Drehzahl des zur Schaltmuffe gleichachsigen Zahnrades kann es zu einem sogenannten Kaltkratzen kommen, welches als unangenehm empfunden wird.

Zur Verhinderung dieses unangenehmen Geräusches wird in der DE-PS 34 44 670 eine Synchronisiereinrichtung für die Schaltkupplungen von Schaltgetrieben für Kraftfahrzeuge beschrieben mit mindestens einem Räderpaar, dessen mit ei ner Schaltmuffe gleichachsiges Zahnrad einen Kupplungskör per mit Außenverzahnung aufweist und durch axiales Ver schieben der mit einer Welle über einen Synchronkörper drehfest verbundenen, eine Innenverzahnung aufweisenden Schaltmuffe in den Kraftfluß ein- und aus schaltbar ist, sowie mit einem Synchronisierring, der in Umfangsrichtung mit der Schaltmuffe in formschlüssiger und mit dem Kupp lungskörper in reibschlüssiger Verbindung steht und der Sperrflächen für die Schaltmuffe aufweist, die bei jeder Relativdrehung zwischen Kupplungskörper und Schaltmuffe in dem durch die formschlüssige Verbindung zwischen Synchroni sierring und Schaltmuffe definierten Endlagen einen Ein griff der Innenverzahnung der Schaltmuffe in die Außenver zahnung des Kupplungskörpers verhindern und erst bei Errei chen der Synchrondrehzahl unter Verdrehen von Synchronisi erring und Kupplungskörper zulassen. Die in Laufrichtung vorderen Sperrflächen an der Schaltmuffe weisen dabei eine größere axiale Ausdehnung auf als die in Laufrichtung hin teren Sperrflächen. Die Außenverzahnung des Kupplungskör pers sowie die Sperrflächen der Schaltmuffe sind zwar asym metrisch ausgestaltet, jedoch dergestalt, daß sie zwar die gleiche Neigung gegenüber der Achsrichtung aufweisen, je doch in bezug auf die Längsmitte eines jeden Zahnes derart versetzt sind, daß die beiden zu einem Zahn gehörenden Laufflächen unterschiedliche axiale Ausdehnungen und damit unterschiedlich große Flächen aufweisen, wobei die in Lauf richtung vorderen Sperrflächen an der Schaltmuffe die grö ßere axiale Ausdehnung besitzen, verglichen mit der in Laufrichtung hinteren Sperrfläche.

Eine weitere Synchronisiereinrichtung für die Schalt kupplungen von Schaltgetrieben für Kraftfahrzeuge mit einer durch axiales Verschieben mit einer Welle drehstarr verbun denen und mit einer Innenverzahnung versehenen Schaltmuffe ist aus der DE-A 42 03 540 bekannt. Die Schaltmuffe steht dabei mit einem mit einer Außenverzahnung versehenen Kupp lungskörper sowie mit einem Synchronisierring in Verbin dung, der in Umfangsrichtung mit der Schaltmuffe über eine Außenverzahnung in formschlüssiger und mit dem Kupplungs körper in reibschlüssiger Verbindung steht. Die Schaltmuffe weist eine Einspur- und Sperrverzahnung auf, die einen Ein griff der Einspurverzahnung der Schaltmuffe in die Außen verzahnung des Kupplungskörpers nur bei Synchrondrehzahl zuläßt; um nun bei einer derartigen Synchronisiereinrich tung das Einspuren zu erleichtern, ist die an der Schalt muffe angeordnete Einspurverzahnung getrennt von der Sperr verzahnung angeordnet und radial über ihr vorgesehen, wobei die Zähne der Einspurverzahnung und die Zähne der Sperrver zahnung axial zueinander versetzt sind. Mit dieser Ausge staltung, d. h. der Trennung der beiden Verzahnungen von einander, können diese jeweils optimal und unabhängig von einander auf die jeweiligen Getriebebedingungen abgestimmt werden. Dadurch kann der Schaltvorgang und somit auch das Einspuren erleichtert werden.

Es wurde festgestellt, daß die Synchronisiereinrich tungen, insbesondere von Innenkonus-Synchronisierungen, bezüglich des Schaltkomforts drei wesentliche Kraftspitzen beim Schaltablauf zeigen. Es handelt sich dabei um die Syn chronkräfte, die Entsperrkräfte und die Einspurkräfte, wo bei je nach Schaltrichtung, d. h. beim Hochschalten oder beim Herunterschalten, unterschiedlich hohe Kräfte aufzu wenden sind, die eine Funktion von Zeit, Massenträgheitsmo ment und Verlustmoment (bei konstantem Reibwert) sind.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Schalt komfort bei gleichem Bauaufwand zu verbessern durch erheb liche Verringerung der aufzuwendenden Entsperrkräfte.

Ausgehend von einer Synchronisiereinrichtung der ein gangs näher genannten Art erfolgt die Lösung dieser Aufgabe durch die im kennzeichneten Teil des Anspruchs 1 angegebe nen Merkmale; vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Un teransprüchen beschrieben.

Die erfindungsgemäße Synchronisiereinrichtung wird vorteilhafterweise in Kurzweg- und Doppelkonus-Synchroni sierungen eingesetzt, die eine getrennte Sperr- und Ein spurgeometrie aufweisen. Durch die unterschiedlichen Sperr winkel bzw. Entsperrwinkel, je nachdem ob hochgeschaltet oder heruntergeschaltet wird, werden die Entsperrkräfte erheblich reduziert, wobei ein spitzer Sperrwinkel an der Verzahnung der Schaltmuffe und des Synchronisierringes beim Herunterschalten zu einer großen tangentialen Entsperrkom ponente führt und damit zu einem hohen Entsperrmoment aus der Axialkraft entgegen dem Verlustmoment. Ein stumpfer Sperrwinkel an der Verzahnung der Schaltmuffe und des Syn chronisierringes beim Hochschalten führt hingegen zu einer geringen tangentialen Entsperrkomponente und damit zu einem niedrigen Entsperrmoment aus der Axialkraft in gleicher Richtung wie das Verlustmoment. Unterschiedliche Sperrwin kel bedingen also bei gleicher axialer Sperrflächenlänge eine asymmetrische Sperrverzahnung und damit gleiche Entsperrpunkte (d. h. Zeiten und Wege) sowohl beim Hoch schalten als auch beim Herunterschalten.

Die Erfindung bietet weiterhin den Vorteil, daß die unterschiedlichen Sperrwinkel sowohl bei Sperrverzahnungen als auch bei Sperrnocken oder sonstigen Sperrformen reali sierbar ist und damit für alle Systeme mit Sperrfunktionen einsetzbar ist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, in der ein vorteilhaftes Ausführungsbei spiel dargestellt ist.

Es zeigen:

Fig. 1 schematisch einen Schnitt durch die aus der DE-A 42 03 540 bekannte Synchronisierein richtung mit den wesentlichen Bauteilen und

Fig. 2 und 3 die Relativstellungen jeweils zweier Zähne der miteinander in Eingriff gelangenden Ver zahnungen von Schaltmuffe und Synchronisier ring.

Grundsätzlich ist die in Fig. 1 dargestellte Synchro nisiereinrichtung von bekannter Bauart, weshalb nachfolgend nur auf die wesentlichen Teile eingegangen wird. Mit 1 ist dabei ein Synchronkörper bezeichnet, der auf einer nicht dargestellten Antriebswelle drehfest angeordnet ist: Über eine Verzahnung am Außenumfang des Synchronkörpers 1 ist auf diesem eine Schaltmuffe 2 axial verschiebbar angeord net, wozu diese auf ihrer inneren Umfangswand ebenfalls mit einer entsprechenden Verzahnung versehen ist. Mit 4 ist der Synchronisierring und mit 5 ein Kupplungskörper bezeichnet, die zueinander in Eingriff gebracht werden können. Jeder Kupplungskörper 5 ist mit einem (nicht dargestellten) Los rad drehfest verbunden.

Im Leerlauf befindet sich die Schaltmuffe 2 in axialer Mittelstellung. Die nicht dargestellten Losräder können sich frei auf ihrer Welle drehen. Der Drehzahlunterschied zwischen dem Synchronisierring 4 und dem Kupplungskörper 5 und das Schleppmoment zwischen ihren Reibflächen bewirken, daß der Synchronisierring 4 in üblicher Weise an einem Ver drehanschlag des Synchronkörpers 1 anliegt. Die Zahnflächen der Schaltmuffe 2 und des Synchronisierringes 4 stehen sich dabei gegenüber.

Beim Schaltvorgang wird zunächst die Schaltmuffe 2 in Richtung auf den entsprechenden Kupplungskörper 5 gescho ben, wobei die Zahnstirnflächen die Weiterleitung der Schaltkraft von der Schaltmuffe 2 direkt auf den entspre chenden Synchronisierring 4 übernehmen. Besteht nun ein Drehzahlunterschied zwischen Synchronisierring 4 und da zu gehörigen Kupplungskörper 5, ist das Reibmoment an den Ke gelreibflächen 6 zwischen Synchronisierring 4 und Kupp lungskörper 5 größer als das Rückstellmoment durch die Zahnstirnflächen. Die Schaltmuffe 2 ist daher gegen Durch schalten in Kupplungskörper 5 gesperrt.

Erst wenn der Drehzahlunterschied zwischen dem Syn chronisierring 4 und dem Kupplungskörper 5 ausgeglichen und somit das Reibmoment aufgehoben ist, dreht die Schaltmuffe den Synchronisierring 4 in die Stellung "Zahn auf Zahnlüc ke" zurück. Über die Sperrverzahnung 7 des Synchronisier rings 4 hinweg wird dann die Schaltmuffe 2 in die stirnsei tig angeschrägte Verzahnung 8 des Kupplungskörpers 5 einge schoben.

Die Einspur- und Sperrverzahnung an der Schaltmuffe 2 ist hierbei getrennt ausgebildet, wobei sich die Einspur verzahnung 9 radial und axial weiter außen befindet als die Sperrverzahnung 10. Die Sperrverzahnung 10 kann dabei durch überhohe Zähne an der Schaltmuffe 2 gebildet sein.

Aus Fig. 2A geht die Ausgestaltung herkömmlicher Zäh ne 12, 13 der Verzahnungen von Schaltmuffe und Synchronisi erring und ihr Eingriff beim Herunterschalten hervor, wobei die Sperrflächen eines der Zähne 12 mit 12′ und 12′′ be zeichnet sind und die Sperrflächen des anderen Zahnes 13 mit 13′ und 13′′. Fig. 2B zeigt den Eingriff der gleichen Zähne 12, 13 beim Hochschalten.

Aus Fig. 3A geht die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Zähne 22, 23 von Schaltmuffe bzw. Synchronisierring hervor und zwar der Eingriff während des Herunterschaltens und aus Fig. 3B das Zusammenwirken dieser beiden Zähne 22, 23 beim Hochschalten, wobei auch hier die Sperrflächen mit 22′, 22′′ bzw. 23′, 23′′ bezeichnet sind.

Sowohl im Fall der Fig. 2 als auch der Fig. 3 ist je weils das Zusammenwirken der Verzahnungen während der Syn chronphase dargestellt, wobei durch die Pfeile nA und nB sowie Tv die auftretenden Kräfte bzw. Momente bezeichnet sind. Je nach Schaltrichtung, d. h. Hochschalten oder Her unterschalten ergeben sich bei sonst konstanten Bedingungen unterschiedliche Kraftniveaus, wie bereits eingangs festge stellt wurde. Betrachtet man die kinematischen Zusammenhän ge und ihre Ursachen, so stellt man fest, daß beim Hoch schalten im Entsperrstadium der Synchronisierring über die Hochschaltflanke von der Schaltmuffe aus der Sperrstellung herausgedreht wird. Bei der Gleichgewichtsbetrachtung wird dieses Entsperrmoment vom Verlustmoment Tv von der Richtung her unterstützt. Da sich dieses Verlustmoment und das Ent sperrmoment der Schaltmuffe addieren, diese Summe der Mo mente aber dem Moment aus der Massenträgheit entgegensteht, kann der Sperr- bzw. Entsperrwinkel von Schaltmuffe und Synchronisierring während des Hochschaltens (Fig. 3B) stumpfer ausgestaltet werden.

Umgekehrt ist es beim Herunterschalten (Fig. 3A). Hier wirken das Verlustmoment und das Moment aus der Massenträg heit als Summe dem Entsperrmoment der Schaltmuffe entgegen. Über einem spitzen Sperr- bzw. Entsperrwinkel an Schaltmuf fe und Synchronisierring beim Herunterschalten ist es daher möglich, ein hohes Entsperrmoment aus der Axialkraft zu erzeugen, welches der Summe aus Verlustmoment und Massen trägheit entgegensteht.

Durch die Anordnung von unterschiedlichen Winkeln, unter denen die Sperrflächen 22′, 23′′; 23′, 23′′ in Abhän gigkeit von dem auftretenden Verlustmoment abgestimmt sind, ist es möglich, die beim Entsperren aufzubringende Kraft herabzusetzen und unabhängig von der Schaltrichtung zu ge stalten. Damit ergibt sich aber für die Schaltmuffe und den Synchronisierring, je nachdem ob hochgeschaltet oder herun tergeschaltet wird, ein unterschiedlicher Sperr- bzw. Entsperrwinkel.

Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die Sperrflä chen 22′, 22′′ und 23′, 23′′ der Zähne 22, 23 in Axialrich tung gleiche Länge aufweisen und damit gleiche Flächenmaße, obwohl dies zu asymmetrischen Sperrverzahnungen führt.

Bezugszeichenliste

1 Synchronkörper
2 Schaltmuffe
4 Synchronisierring
5 Kupplungskörper
6 Kegelreibfläche
7 Sperrverzahnung
8 Verzahnung
9 Einspurverzahnung
10 Sperrverzahnung
12 Zahn
13 Zahn
13 Sperrfläche
13′′ Sperrfläche
22 Zahn
22′ Sperrfläche
22′′ Sperrfläche
23 Zahn
23′ Sperrfläche
23′′ Sperrfläche

Claims

1. Synchronisiereinrichtung für Schaltgetriebe von Kraftfahrzeugen, mit einer mit einer Innenverzahnung verse henen Schaltmuffe (2), wobei die Innenverzahnung in eine Einspur- (9) und in eine Sperrverzahnung (10, 12, 22) un terteilt ist, mit einem mit einer Außenverzahnung (8) ver sehenen Kupplungskörper (5), der durch axiales Verschieben der Schaltmuffe (2) mit einer Welle drehstarr verbindbar ist, sowie mit einem Synchronisierring (4), der in Umfangs richtung mit der Schaltmuffe (2) über eine Außenverzah nung (7, 13, 23) in formschlüssiger und mit dem Kupplungs körper (5) in reibschlüssiger Verbindung steht, wobei die Zähne (12, 22) der Sperrverzahnung (10, 12, 22) der Schalt muffe (2) und diejenigen (13, 23) der Verzahnung (7, 13, 23) des Synchronisierringes (4) je unter einem Winkel zu einander angeordnete Sperrflächen (12′, 12′′, 13′, 13′′, 22′, 22′′, 23′, 23′′) aufweisen, dadurch gekennzeich net, daß die Sperrflächen (12′, 12′′, 22′, 22′′) der Sperrverzahnung (10, 12, 22) der Schaltmuffe (2) und die Sperrflächen (13′, 13′′, 23′, 23′′) der Verzahnung (7, 13, 23) des Synchronisierringes (4) unterschiedliche Winkel mit der Waagerechten einschließen.

2. Synchronisierungseinrichtung nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß die Sperrflä chen (12′, 12′′, 13′, 13′′, 22′, 22′′, 23′, 23′′) in Axialrich tung gleiche Längen aufweisen.

3. Synchronisierungseinrichtung nach einem der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, daß die beim Hochschalten des Getriebes aneinan deranliegenden Sperrflächen (22′, 23′) der Schaltmuffe (2) und des Synchronisierringes (4) einen stumpferen Winkel mit der Waagerechten einschließen, als die beim Herunterschal ten des Getriebes aneinander anliegenden Sperrflächen (22′′, 23′′) der Schaltmuffe (2) und des Synchronisierringes (4).