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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Sychronisationseinrichtung
für ein
Schaltgetriebe, insbesondere für
ein Fahrzeugschaltgetriebe, zu dem drei zusammenwirkende, zueinander
bewegliche Synchronisationsringe gehören, die angeordnet sind zwischen
einerseits einer auf einer zu dem Schaltgetriebe gehörenden Welle
drehfest angeordneten Synchronisationskupplung, die eine Synchronisationsnabe
und eine auf derselben axial verschiebbar angeordnete Synchronisationshülse (Kupplungshülse) umfaßt, und
andererseits einer Konusoberfläche
eines auf der Welle drehbar gelagerten, mit Zahnkranz versehenen
Zahnrades, das drehmomentübertragend
mit der verschiebbaren Synchronisationshülse verbunden werden kann.
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Stand der Technik
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Eine
aus mehreren zueinander beweglichen Synchronisationsringen zusammengesetzte
Synchronisationseinheit hat die Aufgabe, das Schalten eines manuellen
Getriebes zu erleichtern. Die Ringeinheit wirkt zwischen der Synchronisationsnabe
und dem Zahnrad, das eingekuppelt werden soll, d. h. das über die
Synchronisationshülse
in eine drehmomentübertragende
Verbindung mit der Nabe und damit in Verbindung mit der zu dem Schaltgetriebe
gehörenden
Welle gebracht werden soll, auf welcher die Synchronisationsnabe
drehbar aufgenommen wird. Die Synchronisationseinheit trägt dabei
zum Erreichen eines allmählichen
Drehzahlausgleichs zwischen der die Synchronisationskupplung tragenden
Achse und dem einzukuppelnden Zahnrad im Schaltgetriebe bei
DE 1 625 681 B beschreibt
eine Synchronisiereinrichtung für
eine Zahnkupplung. Die Synchronisiereinrichtung umfasst mindestens
einen außenverzahnten Reibring
zum Eingriff der auf einem Schaltmuffenträger verschiebbar angeordneten
Schaltmuffe, wobei radial zwischen dem Innenkonus des Reibrings
und dem Außenkonus
der zu synchronisierenden Kupplungshälfte Kupplungsringe vorgesehen
sind. Der dem Innenkonus des Reibrings zugekehrte Kupplungsring
ist formschlüssig
mit der zu synchronisierenden Kupplungshälfte verbunden. Der dem Außenkonus
der zu synchronisierenden Kupplungshälfte zugekehrte Kupplungsring
ist formschlüssig
mit dem Schaltmuffenträger
verbunden.
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Wenn
die Synchronisationseinheit drei Synchronisationsringe umfaßt, hat
der radial ganz innen gelegene Ring eine konische Innenseite, die
in Reibungskontakt mit einer entsprechenden konischen Fläche auf
einer zum Zahnrad gehörenden
Nabenpartie gebracht werden kann. Der radial ganz außen gelegene
Ring hat dabei eine konische Innenseite, die gegen eine entsprechende
konische Außenseite des
mittleren Synchronisationsringes gedrückt werden kann, dessen gleichfalls
konische Innenseite gegen eine äußere, konische
Fläche
an dem ganz innen gelegenen Ring gedrückt werden kann. In dem aus
den drei Synchronisationsringen zusammengesetzten ”Ringpaket” gibt es
also drei konische Kontaktflächenbereiche,
nämlich
zwischen der Zahnradnabe und dem inneren Ring, zwischen dem inneren und
dem mittleren Ring sowie zwischen dem mittleren und dem äußeren Ring.
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”Drei-Konus-Synchronisationseinrichtungen” obengenannter
Art sind bereits bekannt und werden u. a. in Schaltgetrieben in
Personenkraftwagen der Marken Opel, BMW und Honda angewendet.
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Ein
Nachteil solcher Synchronisationseinrichtungen mit drei Ringen besteht
darin, daß der Fahrzeugführer einen
irritierenden Schalthebelwiderstand während der zweiten Stufe des
Schaltvorgangs in den Fällen
verspüren
kann, wenn die axial verschiebbare Synchronisationshülse der
Synchronisationskupplung zum kuppelnden Eingriff mit dem Zahnkranz
(= Kranz von Einkupplungszähnen)
des Zahnrads verschoben werden soll und sich gleichzeitig die Kupplungszähne bei
der Synchronisationshülse
und dem Zahnrad axial genau gegenüberstehen.
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Ganz
allgemein gilt, daß ”Drei-Konus-Synchronisationseinrichtungen” während der
zweiten Stufe des Schaltvorgangs (wenn die Synchronisationshülse der
Kupplung zum antreibenden Eingriff mit dem Zahnkranz des Zahnrads
verschoben werden soll) Anlaß zu
erheblich größerem Schalthebelwiderstand
geben können.
Dies beruht auf dem Vorhandensein von drei konischen Reibungskontaktflächen anstelle
nur eines solchen Kontaktbereiches, wie man ihn bei einer herkömmlichen ”Ein-Konus-Synchronisationseinrichtung” vorfindet.
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Zweck der Erfindung
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Das
der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Problem besteht darin,
eine Drei-Konus-Synchronisationseinrichtung
zu konstruieren, die einen wesentlich geringeren Schalthebelwiderstand
als bisher bekannte Drei-Konus-Synchronisationseinrichtungen während der
zweiten Stufe des Schaltvorgangs bewirkt.
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Näheres zur Erfindung
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Gemäß der Erfindung
wird oben genanntes Problem dadurch gelöst, daß die Synchronisationseinrichtung
der einleitend genannten Art die im kennzeichnenden Teil von Patentanspruch
1 angegebenen Besonderheiten aufweist.
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Die
Synchronisationseinrichtung gemäß der Erfindung
kann weiterhin die in den Ansprüchen
2–5 angegebenen
Besonderheiten aufweisen, die vorzugsweise Ausführungsformen der Erfindung
auszeichnen.
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Die
Synchronisationsringe bestehen genauer gesagt aus einem radial inneren
Synchronisationskonus, einem mittleren Synchronisationskonus und einem
radial äußeren Synchronisationskonus.
Der innere Synchronisationskonus liegt an der Konusfläche des
Zahnrads an und ist so ausgeführt,
daß er
von der Synchronisationsnabe mitgenommen werden kann. Der mittlere
Synchronisationskonus wird von dem inneren Konus aufgenommen und
ist so ausgeführt,
daß er
vom Zahnrad mitgenommen werden kann. Der äußere Synchronisationskonus,
der mit Sperrzähnen
versehen ist, wird von dem mittleren Konus aufgenommen und ist so
ausgeführt,
daß er von
der Synchronisationsnabe mitgenommen werden kann.
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Auf
seiner der Synchronisationsnabe zugewandten Seite hat der innere
Konus einen oder mehrere – beispielsweise
drei – radiale
Klauen, die jeweils beweglich in einer mit diesen zusammenwirkenden
Aussparung in der Nabe aufgenommen sind. Die Bogenlänge (= die
bogenförmige
Ausdehnung) der Aussparung in Umfangsrichtung der Nabe ist wenigstens
ein Teilungsmaß größer als
das eigene Breitenmaß der
Klaue in diesem Umfangsabschnitt. Unter dem Begriff ”Teilungsmaß” wird dabei
die Teilung für
die Sperrvorderkantenpartien an den Sperrzähnen des äußeren Konus bzw. die Teilung
für die
Zähne im
Zahnkranz des Zahnrads verstanden.
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Auf
seiner der Synchronisationsnabe zugewandten Seite hat der äußere Synchronisationskonus
vorzugsweise einen oder mehrere axial vorstehende Zapfen, die jeweils
beweglich in einer mit diesen zusammenwirkenden, in der Synchronisationsnabe
ausgebildeten Aussparung aufgenommen sind. Die Bogenlänge der
Aussparung (= d. h. die Ausdehnung in Umfangsrichtung) ist wenigstens
ein Teilmaß größer als
die eigene Breite des Zapfens in diesem Umfangsbereich.
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In
Patentanspruch 3 sind Besonderheiten der sich längs der Umfangsrichtung des äußeren Konus
erstreckenden Sperrzähne
angegeben.
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Die
Anzahl der Klauen am inneren Konus und die Anzahl der Zapfen am äußeren Synchronisationskonus
sollte aus Gründen
der kraftmäßigen Symmetrie
mindestens zwei betragen, doch drei oder vier dürften im Allgemeinen vorzuziehen
sein.
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Das
Breitenmaß der
Klauen am inneren Konus bzw. das Breitenmaß der Zapfen am äußeren Konus
kann geeigneterweise etwa 50% des oben genannten Teilungsmaßes ausmachen,
und entsprechendes gilt für
die Teilung bei den Sperrzähnen
des äußeren Konus
bzw. bei den Zähnen
im Zahnkranz des Zahnrads.
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Kurzbeschreibung der Abbildungen
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Eine
Synchronisationseinrichtung gemäß der Erfindung
wird anschließend
unter Hinweis auf eine in den beigefügten Zeichnungen sehr schematisch
dargestellte Ausführungsform
der Einrichtung näher
beschrieben und ausführlicher
erklärt.
Die Abbildungen der bildlichen Darstellung erheben keinen Anspruch darauf,
eine ganz maßstabsgerechte
Vorrichtung zu zeigen, sondern stellen zwecks besserer Anschaulichkeit
gewisse Einzelheiten in größerem Maßstab dar.
Dabei zeigen:
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1 einen
partiellen axialen Längsschnitt durch
eine Partie einer Synchronisationseinrichtung gemäß der Erfindung,
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2 eine
in der Ebene verlaufende partielle Umfangsbereichsansicht von Teilen
von Komponenten der in 1 dargestellten Synchronisationseinrichtung
und
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3 eine
perspektivische Ansicht des radial äußeren Synchronisationskonus
der in 1 dargestellten Synchronisationseinrichtung.
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Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
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In 1 sind
etwas vereinfacht und schematisch die Hauptteile einer Synchronisationseinrichtung
für eine
Getriebeschaltung dargestellt. Das Schaltgetriebe kann z. B. eine
Fahrzeugschaltung mit fünf
oder sechs Vorwärtsgängen sein.
In einem solchen Schaltgetriebe gibt es normalerweise mehrere Synchronisationseinrichtungen
der hier vorliegenden Art. Zu der dargestellten Synchronisationseinrichtung,
die allgemein mit 2 bezeichnet ist, gehören drei zusammenwirkende Hauptteile,
nämlich
eine auf einer Welle 4, die zu der Getriebeschaltung gehört, durch
Riegel 6 drehfest angeordnete Synchronisationskupplung 8,
ein aus drei konzentrisch angeordneten, konischen Synchronisationsringen
bestehendes ”Synchronisationspaket” 10 und
ein auf der Welle 4 drehbar gelagertes Zahnrad 12.
Das Synchronisationspaket 10 umfaßt also drei zueinander bewegliche Synchronisationsringe 14, 16 und 18,
die zwischen der Synchronisationskupplung 8 einerseits
und einer Konusfläche 20 an
einer axial vorstehenden Nabenpartie 22 des Zahnrads 12 andererseits
angeordnet sind. Die Synchronisationskupplung 8 besteht
auf herkömmliche
Weise aus einer durch die Riegel 6 drehfest verbundenen
Synchronisationsnabe 24 und einer von dieser axial verschiebbar
aufgenommenen Synchronisationshülse 26,
die als Kupplungshülse dient
und dazu vorgesehen ist, zwecks drehmomentübertragender Kupplung mit einem
mit dem Zahnrad 12 fest verbundenen Zahnkranz 28 verschoben
zu werden. Die axiale Verschiebung der Synchronisationshülse (Kupplungshülse) 26 erfolgt
durch eine in die rundum verlaufende Rille 30 eingreifende,
hier aber nicht dargestellte Schaltgabel, die auf herkömmliche
Weise durch einen Schaltübertragungshebel
mittels eines Schalthebels in dem Fahrzeug, zu dem die Getriebeschaltung
gehört,
betätigt
wird. Die als Kupplungshülse
ausgeführte
Synchronisationshülse 26 hat
auf der Innenseite riegelartige Kupplungszähne 31, die also zwischen
den Zähnen 32 (siehe 2)
im Zahnkranz 28 des Zahnrads 12 eingreifen sollen.
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Wie
aus 1 hervorgeht, bestehen die Synchronisationsringe 14, 16 und 18 aus
zusammenwirkenden, zueinander beweglichen Synchronisationskonen.
Der radial innere Synchronisationskonus 14 liegt an der
Konusfläche 20 des
Zahnrads 12 an und ist so ausgeführt, daß er von der Synchronisationsnabe 24 mitgenommen
werden kann. Der vom inneren Konus 14 gehaltene mittlere
Synchronisationskonus 16 ist so ausgeführt, daß er vom Zahnrad 12 durch
hakenförmige
Klauen 34, die in Aussparungen 36 im Zahnrad 12 eingreifen,
mitgenommen werden kann. Der radial äußere Synchronisationskonus 18, der
mit Sperrzähnen 38 versehen
ist, wird von dem mittleren Konus 16 aufgenommen und ist
so ausgeführt,
daß er
von der Synchronisationsnabe 24 beispielsweise durch drei
im Umfangsbereich gleichmäßig verteilte,
axial vorstehende Zapfen 40 mitgenommen werden kann, welche
jeweils in eine mit diesem zusammenwirkende und in der Synchronisationsnabe 24 ausgebildete
Aussparung 42 hineinragen und von dieser beweglich aufgenommen
werden.
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Damit
der innere Konus 14 von der Synchronisationsnabe 24 mitgenommen
werden kann, ist er auf seiner der Synchronisationsnabe zugewandten Seite
mit beispielsweise drei in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilten,
radialen Klauen 44 versehen. Eine jede derartige Klaue 44 greift
in eine mit dieser zusammenwirkende Aussparung 46 in der
Nabe 24 ein und wird von dieser Aussparung beweglich aufgenommen.
Die bogenförmige
Ausdehnung (Bogenlänge)
L1 der Aussparung 46 – siehe 2 – in Umfangsrichtung
der Nabe ist wenigstens ein Teilungsmaß D größer als das eigene Breitenmaß B1 der Klaue 44 im genannten Umfangsabschnitt.
Unter dem Begriff Teilungsmaß D
wird dabei die Teilung für die
Sperrvorderkantenpartien 52 an den Enden der in Umfangsrichtung
verlängerten
Sperrzähne 38 des äußeren Konus 18 bzw.
die Teilung für
die Zähne 32 im
Zahnkranz 28 des Zahnrads 12 verstanden. Von den
in Umfangsrichtung des Konus 18 auf diese Weise verlängerten
Sperrzähnen 38 kann
gesagt werden, daß sie
jeweils aus zwei, miteinander zu einem einzigen zusammenhängenden ”Doppelsperrzahn” vereinigten ”einfachen” Sperrzähnen mit
einer jeweils dazu gehörenden
Teilungsmittellinie 54 bestehen. Weiterhin gilt, wie aus 2 hervorgeht,
daß die Teilung
für die
inneren Kupplungszähne 31 der
Synchronisationshülse 26 zwei
Teilungsmaßen
D entspricht.
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Die
in der Synchronisationsnabe 24 ausgebildeten Aussparungen 42 für die axial
vorstehenden Zapfen 40 des äußeren Sychronisationskonus 18 haben
in Umfangsrichtung eine bogenförmige
Ausdehnung L2, die wenigstens ein Teilungsmaß D größer als
das eigene Breitenmaß B2 des Zapfens 40 im genannten Umfangsabschnitt
ist.
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Sowohl
das Breitenmaß B1 bei den radialen Klauen 44 des
inneren Konus 14 als auch das Breitenmaß B2 bei
den Zapfen 40 des äußeren Konus 18 können geeigneterweise
ungefähr
50% des Teilungsmaßes
D betragen.
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Wenn
das Zahnrad 12 in drehmomentübertragende Verbindung mit
Achse 4 gebracht wird, funktioniert die Synchronisationseinrichtung 2 folgendermaßen: Der
Schalt-/Synchronisationsvorgang wird damit eingeleitet, daß die als
Kupplungshülse funktionierende
Synchronisationshülse 26 in
Richtung des Pfeils R verschoben wird, wodurch die Hülse über die
Rampenfläche 48 und
eine als Federring ausgeführte
Vorsynchronisationsfeder 50 den äußeren Synchronisationskonus 18 nach
rechts – in 1 – drückt, so
daß ein
Anliegen der drei konischen Reibungskontaktflächenbereiche bei den Synchronisationskonen 14, 16 und 18 erreicht
wird. Radial von innen gesehen handelt es sich also um die Kontaktflächenbereiche
zwischen der Konusfläche 20 der
Nabenpartie 22 und der Innenseite des inneren Konus 14,
zwischen der Außenseite
des inneren Konus 14 und der Innenseite des mittleren Synchronisationskonus 16 und
zwischen der Außenseite
des mitteren Konus 16 und der Innenseite des radial äußeren Synchronisationskonus 18.
Der Synchronisationsverlauf ist also das Stadium, während dessen
der vorliegende Drehzahlunterschied zwischen der Synchronisationskupplung 8 und
dem Zahnrad 12 mit Hilfe von durch das Synchronisationspaket 10 erzeugten
Reibungskräften
auf Null verringert werden soll. Wenn die Synchronisationshülse 26 in
Pfeilrichtung R zu einem Anliegen der Reibungsflächen zwischen den Synchronisationskonen 14, 16, 18 und
der Konusfläche 20 des
Zahnrads 12 geführt
hat, hat dies zur Folge, daß die
Mitnehmerzapfen 40 des äußeren Konus 18 und
die Mitnehmerklauen 44 des inneren Konus 14 an
die jeweilige Endfläche
ihrer Aussparungen 42 bzw. 46 in der Synchronisationsnabe 24 herausgedreht
werden.
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Die
weitere axiale Verschiebungsbewegung (in Richtung des Pfeils R)
der als Kupplungshülse fungierenden
Synchronisationshülse 26 zwingt
nun – dank
den in spitzem Winkel zu den Teilungsmittellinien 54 schräggestellten
Eingriffsflächen 53 an
den Vorderkantenpartien 52 der Sperrzähne 38 – alle drei Konen 18, 16 und 14 sowie
das Zahnrad 12 dazu, sich um ein halbes Teilungsmaß – d. h.
um 0,5 D – zu drehen.
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Dies
bedeutet, daß die
Klauen 44 des inneren Konus 14 sich damit mitten
in den Aussparungen 46 der Synchronisationsnabe 24 befinden,
wobei das Spiel (der Abstand) zur jeweiligen Endfläche der
jeweiligen Aussparung 46 gleich groß ist, nämlich 0,5 D beträgt. Weiterhin
soll darauf hingewiesen werden, daß die beiden Eingriffsflächen 53 an
jedem ”Doppelsperrzahn” 38 in
Umfangsrichtung um ein Stück δ in Richtung
aufeinander zu – an
den Teilungsmittellinien 54 ihrer jeweils gedachten ”einfachen” Sperrzähne vorbei – verschoben
sind. Hierdurch wird sichergestellt, daß die ”Zahnspitzen” 56 der
Sperrzähne 38 während der
Synchronisation in einer unerwünschten und
die Synchronisation verhindernden Sperrlage axial direkt gegenüber den
Zahnspitzen 58 der Kupplungszähne 31 landen und
dadurch festgehalten werden.
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Wenn
die Synchronisationshülse 26 dann zum
Eingriff mit den Kupplungszähnen 32 des
Zahnrads 12 verschoben werden soll und die für das Kuppeln
ungünstigste
Lage eingetreten ist – d.
h. wenn die Kupplungszähne 31 der
Hülse 26 axial
direkt gegenüber
den Kupplungszähnen 32 des
Zahnrads stehen –,
muß das
Zahnrad 12 in der einen oder anderen Richtung um ein halbes
Teilungsmaß (0,5
D) gedreht werden, damit der beabsichtigte Kupplungseingriff zustande
kommen kann. Um diese erforderliche Drehbewegung zustande zu bringen,
muß nur
der Reibungskontakteingriff zwischen den Synchronisationskonen 18 und 16 überwunden
werden. In dieser Lage ist der äußere Synchronisationskonus 18 drehfest
an der Synchronisationsnabe 24 der Hülse 26 fixiert.
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Dank
der gewählten
Ausführung
des Synchronisationspakets 10 wird also erreicht, daß während der
Einkupplungsphase des Schalt-/Synchronisationsverlaufs zwischen
Hülse 26 der
Synchronisationskupplung 8 und dem Zahnrad 12 nur
die ”Reibungsverriegelung” zwischen
den Konen 18 und 16 überwunden werden muß. Der innere
Konus 14 hat ja auf Grund des möglichen Bewegungsspielraums
der Klauen 44 in den Aussparungen 46 die Möglichkeit, sich
im erforderlichen Maße
zu drehen. Da die Reibungsverriegelung also nur an einer Stelle überwunden
werden muß,
ergibt sich ein geringerer Schaltwiderstand und damit eine geringere
erforderliche Schaltkraft am Schalthebel während der zweiten Stufe des
Schaltvorgangs.