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Die Erfindung betrifft eine Sperrsynchronisationseinheit eines Schaltgetriebes, mit einem Sperrstein, der im eingebauten Zustand bezüglich einer Getriebeachse radial bewegt werden kann und radial nach außen gegen eine Schaltmuffe des Schaltgetriebes beaufschlagt ist.
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Schaltgetriebe mit einer solchen Sperrsynchronisationseinheit sind bereits aus dem Stand der Technik bekannt und weisen den Vorteil auf, dass am Synchronring (Reibring) des Schaltgetriebes auf eine Sperrverzahnung verzichtet werden kann, was die Fertigung des Synchronrings erheblich vereinfacht. Bei asynchronen Drehzahlen des Synchronkörpers und des zu koppelnden Gangrads wird die Schaltmuffe in diesem Fall folglich nicht von der Sperrverzahnung des Synchronrings, sondern vom Sperrstein der Sperrsynchronisationseinheit an einer axialen Bewegung in Richtung zum Gangrad gehindert.
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Die
DE 10 2007 010 307 B3 zeigt ein Getriebe mit einer heutzutage üblichen Sperr-Synchronkupplung, wobei ein Sperrmechanismus dafür sorgt, dass der Eingriff der Verzahnungen von Schaltmuffe und Kupplungskörper erst dann möglich ist, wenn die Drehzahlen von Synchronkörper und Gangrad weitgehend synchronisiert sind. Das beschriebene Getriebe wird beispielsweise als Schaltgetriebe für Kraftfahrzeuge verwendet und weist eine gattungsgemäße Sperrsynchronisationseinheit auf.
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Trotz der bereits bestehenden, erheblichen Fertigungsvorteile gegenüber herkömmlichen Sperr-Synchronkupplungen mit sperrverzahnten Synchronringen gibt es auch bei den erwähnten Schaltgetrieben mit Sperrsynchronisationseinheit Bestrebungen, den Herstellungsaufwand weiter zu reduzieren.
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Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung einer Sperrsynchronisationseinheit für Schaltgetriebe von Fahrzeugen, welche fertigungstechnisch besonders einfach und preiswert herstellbar ist sowie einen geringen Verschleiß und damit eine hohe Lebensdauer aufweist.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Sperrsynchronisationseinheit der eingangs genannten Art, bei welcher der Sperrstein als mehrteilige Baugruppe ausgebildet ist.
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Beim Schaltvorgang eines Schaltgetriebes ist insbesondere der Sperrstein von Sperrsynchronisationseinheiten extremen Belastungen ausgesetzt. Die maximalen Flächenpressungen am Sperrstein erreichen dabei Werte, welche derzeit eine Fertigung des Sperrsteins aus einem mechanisch widerstandsfähigen Sintermetall sowie eine nachträgliche Härtung des Sintermetallteils erfordern. Eine maßgenaue Herstellung des geometrisch insgesamt recht komplexen, kleinen Sperrsteins als gehärtetes Sintermetallteil ist verfahrenstechnisch anspruchsvoll und damit teuer.
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Die Erfindung beruht nun auf der Erkenntnis, den Sperrstein mehrteilig auszubilden, mit einer mechanisch sehr widerstandsfähigen ersten Komponente im Bereich höchster mechanischer Beanspruchungen, die eine geometrisch einfache Standardform aufweist, sowie einer geometrisch komplexeren zweiten Komponente im Bereich geringerer mechanischer Beanspruchungen, die jedoch aus einem einfach formbaren, preiswerten Material besteht, welches insbesondere keiner aufwendigen Nachbearbeitung bedarf. Verglichen mit einem einstückig hergestellten Sperrstein aus gehärtetem Sintermetall lassen sich durch diese mehrteilige Konstruktion erhebliche Fertigungsvorteile realisieren.
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In einer Ausführungsform weist der Sperrstein ein erstes Sperrsteinelement und ein mit dem ersten Sperrsteinelement fest verbundenes zweites Sperrsteinelement auf, wobei die Sperrsteinelemente insbesondere eine vormontierte Baugruppe bilden.
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Dabei ist das erste Sperrsteinelement bevorzugt ein Metallteil, insbesondere ein Sintermetallteil. Speziell aus Sintermetall lassen sich mit geringem Aufwand auch komplexe Geometrien formen. Da das erste Sperrsteinelement außerdem keinen extremen mechanischen Belastungen ausgesetzt ist, weist es in der Regel bereits ungehärtet eine gute Dauerhaftigkeit bei geringem Verschleiß auf und ist dementsprechend kostengünstig herstellbar. Üblicherweise kann auf ein teures und aufwendiges Härten des Metallteils verzichtet werden.
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Das erste Sperrsteinelement kann alternativ ein Kunststoffteil, insbesondere ein faserverstärktes Kunststoffteil sein. Kunststoffe weisen hinsichtlich möglicher Gestaltungsformen, Gleiteigenschaften und Verarbeitbarkeit in der Regel deutliche Vorteile auf. Darüber hinaus wurden die Kunststoffe im Laufe der letzten Jahre auch hinsichtlich mechanischer Beanspruchbarkeit und Dauerhaftigkeit erheblich weiterentwickelt, sodass sie Metalle in vielen Anwendungen ersetzen können.
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In einer Ausführungsform ist das zweite Sperrsteinelement teilweise von dem als Spritzgussteil ausgebildeten ersten Sperrsteinelement umspritzt. Somit lassen sich die Fertigung des ersten Sperrsteinelements und das Herstellen der Verbindung zwischen dem ersten und zweiten Sperrsteinelement in einem einzigen Verfahrensschritt durchführen. Die Ausbildung spezieller Verbindungsmittel entfällt dabei genauso wie der Montageaufwand zum Verbinden der beiden Sperrsteinelemente.
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In einer anderen Ausführungsform sind das erste Sperrsteinelement und das zweite Sperrsteinelement durch eine Rastverbindung miteinander verbunden. Eine solche Rastverbindung ermöglicht eine sehr schnelle und einfache Montage des mehrteiligen Sperrsteins. Die notwendigen Rastmittel können dabei am ersten Sperrsteinelement und/oder zweiten Sperrsteinelement mit akzeptablem Aufwand ausgebildet werden.
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Das zweite Sperrsteinelement kann aus einem Metall, vorzugsweise einem gehärteten Metall hergestellt sein.
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Besonders bevorzugt ist das zweite Sperrsteinelement eine Stahlkugel, insbesondere eine gehärtete Stahlkugel. Gehärtetes Metall, insbesondere gehärteter Stahl halt den extremen mechanischen Beanspruchungen des Sperrsteins stand und ist daher als zweites Sperrsteinelement besonders geeignet. Infolge der einfachen geometrischen Ausführung, z. B. als Kugel, lässt sich das zweite Sperrsteinelement zudem in Massenfertigung als Gleichteil herstellen, welches dann in unterschiedlichsten Getriebebaureihen und Sperrsynchronisationseinheiten zum Einsatz kommen kann. Trotz der gegebenenfalls erforderlichen Härtung ist somit aufgrund der einfachen Geometrie und der hohen Stückzahlen eine sehr preiswerte Herstellung des zweiten Sperrsteinelements möglich.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Sperrsynchronisationseinheit zusätzlich ein Federelement, das am Sperrstein angreift und den Sperrstein im montierten Zustand des Schaltgetriebes radial nach außen beaufschlagt.
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Der Sperrstein umfasst dabei vorzugsweise ein als Spritzgussteil ausgebildetes erstes Sperrsteinelement sowie ein mit dem ersten Sperrsteinelement verbundenes zweites Sperrsteinelement, wobei das Federelement teilweise vom ersten Sperrsteinelement umspritzt ist. Das Federelement wird somit „automatisch” bei der Herstellung des ersten Sperrsteinelements am Sperrstein befestigt, sodass kein separater Montageschritt notwendig ist. Diese fertigungstechnische Vereinfachung trägt wiederum zu einer besonders kostengünstigen Herstellung der Sperrsynchronisationseinheit bei.
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Vorzugsweise umfasst der Sperrstein ein erstes Sperrsteinelement und ein mit dem ersten Sperrsteinelement verbundenes zweites Sperrsteinelement, wobei das Federelement unmittelbar am zweiten Sperrsteinelement angreift. Dies erlaubt einen besseren Kraftfluss in radialer Richtung ohne Zwischenschaltung des ersten Sperrsteinelements.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst die Sperrsynchronisationseinheit zusätzlich einen Synchronstein, der im eingebauten Zustand relativ zum Sperrstein in Umfangsrichtung bewegbar ist, wobei der Sperrstein und der Synchronstein aneinander angrenzende Schrägflächen aufweisen, die so zusammenwirken können, dass der Sperrstein radial fixiert ist und eine axiale Bewegung der Schaltmuffe sperrt.
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Unabhängig von einer einteiligen oder mehrteiligen Ausführung des Sperrsteins kann ein Federelement vorgesehen sein, das am Sperrstein angreift und diesen im eingebauten Zustand radial nach außen beaufschlagt, wobei im Sperrstein eine Tasche zur Aufnahme eines Federelementendes ausgebildet ist, und wobei die Tasche einen gefasten Rand und/oder axiale Ausbuchtungen aufweist.
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Alternativ zur Aufnahmetasche kann am Sperrstein auch ein Fortsatz ausgebildet sein, der im Bereich eines Federelementendes in das Federelement eingreift. Derart ausgebildete Federlager beseitigen oder reduzieren im Betrieb der Sperrsynchronisationseinheit die Reibung zwischen Sperrstein und Federelement, was zu einem geringeren Verschleiß und damit zu einer höheren Lebensdauer des Federelements führt.
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Die Erfindung betrifft auch ein Schaltgetriebe, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem Synchronkörper, der um eine Getriebeachse drehbar ist, einer Schaltmuffe, die relativ zum Synchronkörper drehfest aber axial verschieblich angeordnet ist, sowie der oben beschriebenen Sperrsynchronisationseinheit, wobei ein Synchronstein der Sperrsynchronisationseinheit in Umfangsrichtung weitgehend spielfrei mit dem Synchronkörper gekoppelt ist und der mehrteilige Sperrstein in eine Innenverzahnung der Schaltmuffe eingreift. Die erfindungsgemäße Konstruktion der Sperrsynchronisationseinheit trägt somit zu einer besonders einfachen und kostengünstigen Herstellung des Schaltgetriebes bei, ohne jedoch das bewährte und zuverlässige Sperrprinzip bereits bekannter Schaltgetriebe mit herkömmlichen, einstückigen Sperrsteinen funktional zu verändern.
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Vorzugsweise greift der mehrteilige Sperrstein mittels eines ersten Sperrsteinelements in Umfangsrichtung weitgehend spielfrei in die Innenverzahnung der Schaltmuffe ein. Das erste Sperrsteinelement ist in diesem Fall geometrisch an die Innenverzahnung der Schaltmuffe sowie an die Form des Synchronsteins und gegebenenfalls auch an ein vorhandenes Federelement anzupassen, sodass das erste Sperrsteinelement eine geometrisch anspruchsvolle Form aufweist und darüber hinaus sehr maßgenau gefertigt werden muss. Allerdings bewegen sich die in Umfangsrichtung auftretenden Beanspruchungen des Sperrsteins in einem Bereich, der den Einsatz ungehärteter Materialien, insbesondere Metall oder Kunststoff erlaubt, was wiederum eine einfache und preiswerte Herstellung ermöglicht.
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Ferner stützt sich der mehrteilige Sperrstein vorzugsweise mittels eines zweiten Sperrsteinelements radial in einer Nut der Schaltmuffe ab. Während eines Schaltvorgangs wird die Schaltmuffe axial verschoben und axial gegen das zweite Sperrsteinelement des Sperrsteins beaufschlagt, wodurch extreme Flächenpressungen auftreten können. Aufgrund dieser hohen Beanspruchung empfiehlt es sich, das zweite Sperrsteinelement aus einem gehärteten Metall herzustellen, wobei die Herstellung aufgrund der üblicherweise sehr einfachen geometrischen Form des zweiten Sperrsteinelements recht preiswert möglich ist.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. In diesen zeigen:
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1 einen perspektivischen Detailausschnitt eines Schaltgetriebes mit einer eingebauten Sperrsynchronisationseinheit gemäß dem Stand der Technik;
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2 ein vereinfachtes, schematisches Längsschnittdetail eines Schaltgetriebes mit einer eingebauten, erfindungsgemäßen Sperrsynchronisationseinheit gemäß einer ersten Ausführungsform;
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3 ein vereinfachtes, schematisches Querschnittdetail eines Schaltgetriebes mit einer eingebauten, erfindungsgemäßen Sperrsynchronisationseinheit gemäß der ersten Ausführungsform;
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4 einen schematischen Querschnitt durch einen Sperrstein der Sperrsynchronisationseinheit gemäß 3;
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5 eine Ansicht des Sperrsteins gemäß 4 in axialer Richtung;
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6 einen schematischen Querschnitt durch den Sperrstein einer erfindungsgemäßen Sperrsynchronisationseinheit gemäß einer zweiten Ausführungsform;
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7 eine Ansicht des Sperrsteins gemäß 6 in axialer Richtung bei seinem Zusammenbau;
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8 einen schematischen Querschnitt durch den Sperrstein einer erfindungsgemäßen Sperrsynchronisationseinheit gemäß einer dritten Ausführungsform;
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9 eine Ansicht des Sperrsteins gemäß 8 in axialer Richtung;
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10 einen schematischen Querschnitt durch den Sperrstein einer erfindungsgemäßen Sperrsynchronisationseinheit gemäß einer vierten Ausführungsform;
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11 ein vereinfachtes, schematisches Längsschnittdetail eines Schaltgetriebes mit einer eingebauten, erfindungsgemäßen Sperrsynchronisationseinheit gemäß einer fünften Ausführungsform;
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12 eine Untersicht des Sperrsteins der Sperrsynchronisationseinheit gemäß 11;
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13 eine Untersicht des Sperrsteins gemäß 12 in einer alternativen Ausführungsvariante;
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14 eine Untersicht des Sperrsteins gemäß 12 in einer weiteren, alternativen Ausführungsvariante; und
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15 ein vereinfachtes, schematisches Längsschnittdetail eines Schaltgetriebes mit einer eingebauten, erfindungsgemäßen Sperrsynchronisationseinheit gemäß einer sechsten Ausführungsform.
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Die 1 zeigt einen Detailausschnitt eines Schaltgetriebes 10 im Bereich einer Sperrsynchronisationseinheit 12' gemäß dem Stand der Technik. Das Schaltgetriebe 10' umfasst einen Synchronkörper 14, der drehfest auf einer (nicht dargestellten) Getriebewelle sitzt und sich in Umfangsrichtung 16 um eine Getriebeachse dreht, eine mit dem Synchronkörper 14 drehfest verbundene Schaltmuffe 18, die relativ zum Synchronkörper 14 in axialer Richtung 19 verschieblich angeordnet ist, einen Synchronring 20, der in Umfangsrichtung 16 relativ zum Synchronkörper 14 begrenzt beweglich gelagert ist, sowie die (vormontierte) Sperrsynchronisationseinheit 12'. Ferner umfasst das Schaltgetriebe 10' noch ein nicht näher gezeigtes Gangrad 21 mit einer Schaltverzahnung 22, wobei eine in 1 nicht sichtbare Reibfläche des Gangrads 21 bei einer axialen Verschiebung der Schaltmuffe 18 in Richtung zur Schaltverzahnung 22 in Reibkontakt mit dem Synchronring 20 kommt.
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Die 1 verdeutlicht lediglich den allgemeinen Aufbau und die prinzipielle Funktionsweise von Schaltgetrieben 10, 10', die eine Sperrsynchronisationseinheit 12, 12' aufweisen, wobei die konkrete, in 1 dargestellte Sperrsynchronisationseinheit 12' aus dem Stand der Technik bekannt und somit nicht von der Erfindung umfasst ist. Diese bekannte Sperrsynchronisationseinheit 12' lässt sich jedoch problemlos durch eine erfindungsgemäße Sperrsynchronisationseinheit 12 austauschen, indem ein Sperrstein 24' gemäß 1 durch einen Sperrstein 24 gemäß den 2 bis 15 ersetzt wird, wobei sich an der prinzipiellen Getriebekonstruktion nichts ändert.
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Das Funktionsprinzip von Schaltgetrieben
10,
10' mit Sperrsynchronisation ist aus dem Stand der Technik bekannt, wobei in diesem Zusammenhang ausdrücklich auf den Inhalt der
DE 10 2007 010 307 B3 bezuggenommen wird, in der die Funktionsweise ausführlich erläutert ist.
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Die 2 zeigt einen vereinfachten, schematischen Detailausschnitt eines erfindungsgemäßen Schaltgetriebes 10 mit einer erfindungsgemäßen Sperrsynchronisationseinheit 12 gemäß einer ersten Ausführungsform.
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Analog zur Sperrsynchronisationseinheit 12' gemäß 1 umfasst die Sperrsynchronisationseinheit 12 gemäß 2 einen Sperrstein 24, der im eingebauten Zustand bezüglich einer Getriebeachse A in radialer Richtung 23 bewegt werden kann und radial nach außen gegen die Schaltmuffe 18 des Schaltgetriebes 10 beaufschlagt ist.
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Der für die Erfindung maßgebende, konstruktive Unterschied zum Stand der Technik gemäß 1 liegt darin, dass der Sperrstein 24 der erfindungsgemäßen Sperrsynchronisationseinheit 12 als mehrteilige Baugruppe ausgebildet ist.
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Der Sperrstein 24 weist dabei ein erstes Sperrsteinelement 30 und ein mit dem ersten Sperrsteinelement 30 fest verbundenes zweites Sperrsteinelement 32 auf.
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In der Ausführungsform gemäß 2 ist das erste Sperrsteinelement 30 ein Metallteil, insbesondere ein Sintermetallteil. Alternativ ist jedoch auch denkbar, dass das erste Sperrsteinelement 30 ein Kunststoffteil, insbesondere ein faserverstärktes Kunststoffteil ist.
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Das zweite Sperrsteinelement 32 ist im vorliegenden Fall eine Stahlkugel, insbesondere eine gehärtete Stahlkugel, wobei die Ausbildung als Stahlkugel natürlich lediglich beispielhaft zu verstehen ist. Allgemeiner ausgedrückt weist das zweite Sperrsteinelement 32 eine einfache geometrische Form auf und ist bevorzugt aus einem Metall, insbesondere aus einem gehärteten Metall hergestellt.
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Die Sperrsynchronisationseinheit 12 umfasst ferner ein Federelement 28, das am Sperrstein 24 angreift und den Sperrstein 24 im eingebauten Zustand radial gegen die Schaltmuffe 18 beaufschlagt. Das Federelement 28 ist dabei eine als Schraubenfeder ausgebildete Druckfeder, die sich einerseits am Sperrstein 24 und andererseits am Synchronkörper 14 abstützt. In alternativen Ausführungsvarianten ist es genauso denkbar, dass sich das Federelement 28 einerseits am Sperrstein 24 und andererseits am Synchronstein 26 abstützt.
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Gemäß 2 stützt sich der mehrteilige Sperrstein 24 mittels des zweiten Sperrsteinelements 32 radial in einer Nut 34 der Schaltmuffe 18 ab. Um in axialer Richtung 19 eine definierte und spielfreie Ausrichtung des Sperrsteins 24 relativ zur Schaltmuffe 18 zu gewährleisten, sind die Nut 34 und das zweite Sperrsteinelement 32 geometrisch so ausgebildet, dass sie im axialen Längsschnitt zwei Berührpunkte X1, X2 aufweisen. Bevorzugt ist das zweite Sperrsteinelement 32 eine Kugel und die Nut 34 im Schnitt trapezförmig (vgl. 1) oder parabelförmig (vgl. 2).
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Die 3 zeigt einen Ausschnitt des Schaltgetriebes 10 in einem schematischen Querschnitt, der verdeutlicht, dass der mehrteilige Sperrstein 24 mittels des ersten Sperrsteinelements 30 in Umfangsrichtung 16 weitgehend spielfrei in eine Innenverzahnung 36 der Schaltmuffe 18 eingreift.
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Ferner wird deutlich, dass der Synchronstein 26 in Umfangsrichtung relativ zum Sperrstein 24 bewegbar ist, wobei der Sperrstein 24 und der Synchronstein 26 aneinander angrenzende Schrägflächen 38, 40 aufweisen, die so zusammenwirken können, dass der Sperrstein 24 radial fixiert ist und eine axiale Bewegung der Schaltmuffe 18 sperrt.
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Im Folgenden wird anhand der 3 das Funktionsprinzip der Sperrsynchronisierung des Schaltgetriebes 10 kurz erläutert. Das erste Sperrsteinelement 30 des Sperrsteins 24 sowie eine Außenverzahnung 42 des Synchronkörpers 14 (vgl. 1) greifen im Wesentlichen spielfrei in die Innenverzahnung 36 der Schaltmuffe 18 ein. Somit sind der Sperrstein 24 und der Synchronkörper 14 in Umfangsrichtung 16 drehfest mit der Schaltmuffe 18 verbunden.
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Der Synchronstein 26 ist in Umfangsrichtung 16 zwischen zwei Vorsprüngen 44 des Synchronrings 20 gelagert und damit im Wesentlichen spielfrei mit dem Synchronring 20 gekoppelt, wobei der Synchronring 20 relativ zum Synchronkörper 14 wiederum begrenzt verdrehbar ist (vgl. 1).
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Kommt eine Reibfläche des Synchronrings 20 beim Schaltvorgang mit einer Reibfläche des Gangrads 21 in Kontakt, so verdreht sich bei einem Drehzahlunterschied zwischen dem Gangrad 21 und dem Synchronkörper 14 der Synchronstein 26 relativ zum Sperrstein 24. Diese Relativverschiebung bzw. Relativverdrehung wird durch die Schrägflächen 38, 40 des Sperrsteins 24 bzw. des Synchronsteins 26 begrenzt.
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Beim Aufbringen einer axialen Schaltkraft auf die Schaltmuffe 18 zu Beginn des Schaltvorgangs wird das zweite Sperrsteinelement 32 des Sperrsteins 24 von schrägen Nutflanken 46 der Nut 34 radial nach innen beaufschlagt. Ist die Anpresskraft zwischen den Schrägflächen 38, 40 aufgrund des Drehzahlunterschieds zwischen dem Gangrad 21 und dem Synchronkörper 14 zu groß, so wird eine radial einwärts gerichtete Bewegung des Sperrsteins 24 durch die Schrägflächen 38, 40 blockiert. Erst wenn die Drehzahlen weitgehend synchronisiert sind, reicht die Schaltkraft aus, um den Sperrstein 24 radial einwärts und die Schaltmuffe 18 axial auf die Schaltverzahnung 22 des Gangrads 21 zu schieben. Die radiale Bewegung des Sperrsteins 24 wird dabei ermöglicht, indem die der Sperrstein 24 und der Synchronstein 26 unter geringfügiger Relativdrehung entlang ihrer Schrägflächen 38, 40 aneinander gleiten. Am Ende des Schaltvorgangs ist der Synchronkörper 14 schließlich über die Schaltmuffe 18 drehfest mit dem Gangrad 21 gekoppelt.
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Die Maximalbelastung der Sperrsynchronisationseinheit 12 beim Schaltvorgang tritt im Bereich des Radiallagers des Sperrsteins 24, also zwischen dem zweiten Sperrsteinelement 32 und den Nutflanken 46 der Schaltmuffe 18 auf. Aus Gründen der Verschleißminimierung ist es daher besonders vorteilhaft, wenn das zweite Sperrsteinelement 32 aus einem besonders widerstandsfähigen Material wie zum Beispiel einem gehärteten Metall, insbesondere einem gehärteten Stahl besteht.
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Aufgrund der geringeren mechanischen Belastung des übrigen Sperrsteins 24 sind die Anforderungen an die Widerstandsfähigkeit des ersten Sperrsteinelements 30 geringer, sodass hier vorzugsweise Materialien zum Einsatz kommen, die sich bei geringem Aufwand gut formen lassen. Geeignete Materialien sind beispielsweise (ungehärtetes) Sintermetall, (faserverstärkter) Kunststoff oder Ähnliches.
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Die 4 und 5 zeigen den Sperrstein 24 der in den 2 und 3 gezeigten ersten Ausführungsform der Sperrsynchronisationseinheit 12 im Querschnitt bzw. in der Ansicht. Hierbei ist auf einer radialen Innenseite des Sperrsteins 24 eine Tasche 48 zur Aufnahme des Federelements 28 ausgebildet. Ein am Sperrstein 24 angreifendes Federelementende 50 ist durch die Tasche 48 in Umfangsrichtung 16 und in axialer Richtung 19 fixiert. Darüber hinaus kann das Federelementende 50 in der Tasche 48 auch in radialer Richtung 23 befestigt sein, beispielsweise durch Verschweißung, Verklebung oder Verrastung.
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Die 6 und 7 zeigen analog zu den 4 und 5 einen Querschnitt und eine Ansicht des mehrteiligen Sperrsteins 24 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Sperrsynchronisationseinheit 12. Im Unterschied zur ersten Ausführungsform ist die Tasche 48 dabei als durchgehende radiale Öffnung oder Bohrung ausgeführt, sodass das Federelement 28 im montierten Zustand unmittelbar am zweiten Sperrsteinelement 32 angreift. Hierdurch verbessert sich der radiale Kraftfluss, da die Federkraft ohne Zwischenschaltung des ersten Sperrsteinelements 30 unmittelbar auf das zweite Sperrsteinelement 32 übertragen und vom zweiten Sperrsteinelement 32 direkt in die das Radiallager bildende Schaltmuffe 18 eingeleitet wird.
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In 7 ist ein möglicher Zusammenbau des mehrteiligen Sperrsteins 24 angedeutet. Dabei werden beide Sperrsteinelemente 30, 32 separat hergestellt und im Nachhinein zusammengesetzt, um eine vorgefertigte Baugruppe zu bilden. Gemäß der zweiten Ausführungsform sind das erste Sperrsteinelement 30 und das zweite Sperrsteinelement 32 durch eine Rastverbindung miteinander verbunden. Ein Aufnahmeraum 52 des ersten Sperrsteinelements 30 ist in diesem Fall so vorgeformt, dass sich das zweite Sperrsteinelement 32 radial einführen lässt und in einer Montageposition (6) verrastet. Am ersten Sperrsteinelement 30 sind hierzu Rastmittel vorgesehen, welche das zweite Sperrsteinelement 32 in radialer Richtung 23 unverlierbar fixieren. Die Rastmittel müssen dabei lediglich eine geringe Haltekraft bereitstellen, da die Sperrsteinelemente 30, 32 nicht auf radialen Zug beansprucht werden.
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Die 8 und 9 zeigen analog zu den 4 und 5 sowie den 6 und 7 einen Querschnitt bzw. eine Ansicht des Sperrsteins 24 gemäß einer dritten Ausführungsform der Sperrsynchronisationseinheit 12. Das erste Sperrsteinelement 30 ist in dieser Ausführungsform ein Kunststoffteil, insbesondere ein faserverstärktes Kunststoffteil, welches vorzugsweise im Spritzgussverfahren hergestellt ist. Um eine Befestigung des Federelements 28 am Sperrstein 24 zu erleichtern, wird das Federelement 28 bei der Herstellung des ersten Sperrsteinelements 30 im Bereich seines an den Sperrstein 24 angrenzenden Federelementendes 50 umspritzt.
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Gemäß 8 ist auch das zweite Sperrsteinelement 32 teilweise von dem als Spritzgussteil ausgebildeten ersten Sperrsteinelement 30 umspritzt.
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Der Zusammenbau des mehrteiligen Sperrsteins 24, wie er in 9 zu sehen ist, sowie die Herstellung des ersten Sperrsteinelements 30 erfolgen also in einem einzigen Verfahrensschritt, was den Herstellungsaufwand und die Fertigungskosten des Sperrsteins 24 erheblich senkt.
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Auch in dieser dritten Ausführungsform greift das Federelement 28 unmittelbar am zweiten Sperrsteinelement 32 an, um den radialen Kraftfluss zu verbessern.
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Ein weiterer Vorteil beim Umspritzen des Federelementendes 50 ist ein geringerer Verschleiß und damit eine erhöhte Dauerhaftigkeit des Federelements 28, da das Federelement 28 im Betrieb der Sperrsynchronisationseinheit 12 nicht an den Wandungen der Tasche 48 reibt.
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Analog zu den 4, 6 und 8 zeigt die 10 einen Querschnitt durch den Sperrstein 24 gemäß einer vierten Ausführungsform der Sperrsynchronisationseinheit 12. Diese vierte Ausführungsform verdeutlicht eine weitere Möglichkeit zur Befestigung des Federelements 28 am Sperrstein 24. Hierzu ist am ersten Sperrsteinelement 30 ein sich radial nach innen erstreckender, konischer Fortsatz 54 ausgebildet, auf den das Federelement 28 aufgepresst oder aufgedreht ist. Beim Aufdrehen des Federelements 28 kann dabei eine Art Gewinde eingeschnitten werden. Alternativ ist jedoch auch denkbar, dass der Fortsatz 54 bereits mit einer Art Gewinde oder ringförmigen Riffelung hergestellt wird, um das als Schraubenfeder ausgebildete Federelement 28 radial zu fixieren. Aus Gründen einer einfacheren Montage des Federelements 28 verjüngt sich der Fortsatz 54 zu seinem freien Ende hin, d. h. der Fortsatz 54 ist leicht konisch ausgebildet.
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Analog zu 2 zeigt die 11 einen vereinfachten, schematischen Detailausschnitt eines Schaltgetriebes 10 mit einer Sperrsynchronisationseinheit 12 gemäß einer fünften Ausführungsform.
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Das Federelementende 50 ist wie in 2 in der als Bohrung ausgeführten Tasche 48 aufgenommen, wobei die Tasche 48 einen gefasten Rand 56 aufweist. Durch diese Fase am Rand 56 der Tasche wird die Reibung des Federelements 28 am Sperrstein 24 und damit der Verschleiß des Federelements 28 und die Gefahr eines Federbruchs minimiert.
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Die Vorteile einer Tasche 48 mit gefastem Rand ergeben sich unabhängig von einer einteiligen Ausführung des Sperrsteins 24 gemäß 11 oder einer mehrteiligen Ausführung des Sperrsteins 24 gemäß 2, bei welcher die Tasche im ersten Sperrsteinelement 30 ausgebildet ist.
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Die 12 zeigt eine Untersicht des Sperrsteins 24 gemäß 11, wobei der gefaste Rand 56 gut zu erkennen ist.
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Die 13 und 14 zeigen Untersichten des Sperrsteins 24 gemäß alternativen Ausführungsvarianten. Statt einem gefasten Rand 56 weisen die Taschen 48 hier axiale Ausbuchtungen 58 auf, um den Verschleiß des Federelements zu reduzieren. Da beim Schaltvorgang eine axiale Relativbewegung zwischen dem Sperrstein 24 und dem Synchronkörper 14 stattfindet, sind die Taschen 48 jeweils in axialer Richtung 19 ausgebuchtet.
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Insbesondere bei der Herstellung des ersten Sperrsteinelements 30 aus Sintermetall empfiehlt es sich aus verfahrenstechnischen Gründen, die Ausbuchtungen 58 als komplette Freistellung gemäß 13 auszuführen. Ansonsten können die Ausbuchtungen gemäß 14 auch so ausgeführt sein, dass das Federelementende 50 von der Tasche 48 umschlossen bleibt.
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Die 15 zeigt einen vereinfachten, schematischen Detailausschnitt eines Schaltgetriebes 10 mit einer Sperrsynchronisationseinheit 12 gemäß einer sechsten Ausführungsform.
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Analog zu 10 ist am Sperrstein 24 der Fortsatz 54 ausgebildet, welcher im Bereich des Federelementendes 50 in das Federelement 28 eingreift, um das Federelement 28 möglichst verschleißfrei am Sperrstein 24 zu fixieren, wobei der Sperrstein gemäß 15 einstückig ausgebildet ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007010307 B3 [0003, 0043]
