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Die Erfindung betrifft eine Synchroneinrichtung
für Schaltgetriebe,
mit einem Zahnrad, einer Schiebemuffe, die über eine Innenverzahnung verschiebbar
mit dem Zahnrad in Eingriff steht, und mit zwischen dem Zahnrad
und der Schiebemuffe angeordneten Druckstücken, die jeweils ein topfförmiges, in
einer axialen Nut des Zahnrads aufgenommenes Gehäuse und eine Feder aufweisen,
die sich am Boden des Gehäuses
abstützt
und ein Druckglied gegen die Innenverzahnung der Schiebemuffe vorspannt.
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Synchroneinrichtungen dienen in Schaltgetrieben
zur Herstellung eines Gleichlaufs zwischen zwei auf einer gemeinsamen
Welle sitzenden Zahnrädern,
bevor eine Antriebsverbindung zwischen diesen Zahnrädern hergestellt
wird. Zu diesem Zweck ist es zwischen dem fest auf der Welle sitzenden
Antriebszahnrad und dem drehbar auf der Welle gelagerten Abtriebszahnrad
ein Synchronring vorgesehen, der reibschlüssig gegen das Abtriebszahnrad andrückbar ist.
Wenn die auf dem Antriebszahnrad sitzende Schiebemuffe in Richtung
auf das Abtriebszahnrad verschoben wird, läuft ihre Innenverzahnung zunächst auf
angeschrägte
Zähne des
Synchronrings auf, so daß der
Synchronring mit seiner Reibfläche
gegen das Abtriebszahnrad gedrückt
wird. Solange die Drehzahlen von Antriebs- und Abtriebszahnrad noch
nicht übereinstimmen,
verhindert das durch den Reibschluß auf den Synchronring ausgeübte Drehmoment
ein Weiterschieben der Schiebemuffe. Erst bei Drehzahlgleichheit
läßt sich
der Synchronring relativ zur Schiebemuffe in eine Position verdrehen,
in der die Schiebemuffe auf eine Außenverzahnung des Antriebszahnrads
aufgeschoben werden kann, so daß das
Abtriebszahnrad drehfest mit dem Antriebszahnrad gekoppelt wird.
Die zwischen dem Antriebszahnrad und der Schiebemuffe angeordneten
Druckstükke
beseitigen das Spiel zwischen dem Antriebszahnrad und der Schiebemuffe und
tragen so zur Geräusch-
und Verschleißminderung
bei.
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In
DE 195 80 558 C1 wird eine Synchroneinrichtung
dieser Art beschrieben, bei der die zur Aufnahme der Druckstücke dienenden
axialen Nuten ein T-förmiges
Profil haben. Die Gehäuse
der Druckstücke
haben eine zu diesem Profil komplementäre Form und stützen sich
in der Nähe
des mit dem Druckglied versehenen Endes auf den Schultern der T-förmigen Nut
ab. Auf diese Weise sind die Druckstücke verschiebbar in den Nuten
geführt.
Die Druckglieder werden durch die Federn in Vertiefungen in der
Innenverzahnung des Antriebszahnrads vorge spannt. Wenn die Schiebemuffe
verschoben wird, werden die Druckstücke zunächst als Ganzes ein Stück weit
mitgenommen, bis sie an den Synchronring anstoßen. Erst dann werden die Druckglieder entgegen
der Kraft der Feder zurückgedrückt, so
daß sich
die Schiebemuffe unter Überwindung
eines gewißen
Rastwiderstands weiter verschieben läßt. Die Herstellung der T-förmig profilierten
Nuten ist jedoch relativ aufwendig. Außerdem wird für die Unterbringung
der Druckstücke
relativ viel Platz beansprucht, und durch die an den radial äußeren Enden
verbreiterten Nuten wird die Außenverzahnung
des Zahnrads auf relativ großer
Umfangslänge
unterbrochen. Weiterhin kommt es beim Verschieben der Druckstücke zu Reibung
und Verschleiß,
weil die verbreiterten Köpfe
der Gehäuse
durch die Federn mit hoher Kraft gegen die Schultern der T-Nuten
angedrückt
werden.
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Aufgabe der Erfindung ist es deshalb,
eine Synchroneinrichtung zu schaffen, die sich einfacher herstellen
läßt, eine
kompakte Bauweise der Synchroneinrichtung erlaubt und eine leichtgängige Bewegung
der Schiebemuffe ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
daß das
Gehäuse
des Druckstücks
sich kippbar auf dem Grund der Nut des Zahnrads abstützt.
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Beim Bewegen der Schiebemuffe werden somit
die Gehäuse
der Druckstücke
nicht als Ganzes relativ zum Zahnrad verschoben, sondern lediglich etwas
um ihre radial inneren Enden verschwenkt, so daß sie die Bewegung der Schiebemuffe
nicht behindern. Zugleich erlaubt es diese Bauweise, die Nuten im
Zahnrad schmaler und mit einem einfachen Rechteckprofil auszubilden.
Dementsprechend können
auch die Gehäuse
der Druckstücke
eine einfachere Form und kleinere Abmessungen in Umfangsrichtung
des Zahnrads aufweisen.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der
Erfindung sind an den Unteransprüchen
angegeben.
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Das Gehäuse des Druckstücks ist
bevorzugt aus Kunststoff hergestellt und bildet an dem Ende, das
das Druckglied, beispielsweise eine Rastkugel, aufnimmt, einen Anschlag,
der die Rastkugel gegen Herausfallen sichert. Der Boden des Gehäuses ist vorzugsweise
leicht gerundet, so daß er
bei der Kippbewegung auf dem Grund der Nut des Zahnrads abrollen
kann.
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Das Gehäuse des Druckstücks kann
die Form einer quadratischen Säule
aufweisen, kann jedoch wahlweise am radial äußeren Ende auch etwas in Axialrichtung
des Zahnrads verdickt sein. Bei dem Gehäuse in der Form einer quadratischen
Säule kann
der Boden sphärisch
gerundet sein, so daß sich das
Gehäuse
wahlweise in 90° gegeneinander
verdrehten Positionen in die Nut des Zahnrades einsetzen läßt. Auf
diese Weise werden Fehler beim Bestücken des Zahnrads mit den Drucktücken vermieden.
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Bevorzugt weist das Gehäuse an seinem
radial äußeren Ende
Fortsätze
auf, die in die Zahnzwischenräume
der Innenverzahnung der Schiebemuffe eingreifen. In diesem Fall
kann die Schiebemuffe selbst bei einem Bruch der Feder des Druckstücks oder
bei fehlendem oder klemmendem Rastkörper noch durch die Fortsätze des
Gehäuses
abstützt
werden, so daß selbst
in diesem Fall noch ein Verzahnungsklappern zwischen der Schiebemuffe
und dem Zahnrad vermieden werden kann.
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Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der
Erfindung anhand der Zeichnung näher
erläutert.
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Es zeigen:
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1 einen
Schnitt durch eine Synchroneinrichtung in der Neutralstellung;
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2 eine
Ansicht einer Schiebemuffe auf einem im Schnitt dargestellten, mit
Druckstücken
versehenen Zahnrad;
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3 eine
vergrößerte Schnittdarstellung des
Druckstücks
aus 2;
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4 eine
Seitenabsicht des Druckstücks;
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5 einen
Schnitt längs
der Linie V – V
in 4;
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6 das
Druckstück
in der Draufsicht;
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7 bis 9 eine Seitenansicht, einen
Längsschnitt
und eine Drauf sicht eines Druckstücks gemäß einer anderen Ausführungsform;
und
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10 und 11 Schnittdarstellungen analog zu 1 für unterschiedliche Stellungen
der Synchroneinrichtung.
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In 1 ist
ein drehfest auf einer Welle 10 sitzendes Zahnrad 12 gezeigt,
auf dem eine Schiebemuffe 14 angeordnet ist. Die Schiebemuffe
greift mit einer Innenverzahnung 16 in die Verzahnung des Zahnrads 12 ein
und ist in Axialrichtung der Welle 10 auf dem Zahnrad verschiebbar.
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Auf beiden Seiten des Zahnrads 12 sind
Synchronringe 18, 20 angeordnet, die sich mit
dem Zahnrad 12 und der Schiebemuffe 16 mitdrehen,
jedoch relativ zu dem Zahnrad 12 innerhalb eines begrenzten
Winkelbereichs verdrehbar sind. Auf der dem Zahnrad entgegengesetzten
Seite des Synchronrings 20 ist ein Zahnrad 22 gezeigt,
das drehbar auf der Welle 10 gelagert ist und durch die
Schiebemufffe 14 drehfest an das Zahnrad 12 gekoppelt
werden kann. Auf der vom Zahnrad 12 abgewandten Seite des
anderen Synchronrings 18 ist ein nicht gezeigtes weiteres
Zahnrad mit anderem Durchmesser angeordnet. Durch Verstellen der
Schiebemuffe 14 in der einen oder anderen Richtung kann
somit über
die Welle 10 entweder das Zahnrad 22 oder das
nicht gezeigte weitere Zahnrad angetrieben werden, so daß sich in
dem Getriebe unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse
einstellen lassen.
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Wie in 2 zu
erkennen ist, weist das Zahnrad 12 in seiner äußeren Umfangsfläche drei
in Axialrichtung durchgehende, in Winkelabständen von 120° angeordnete
Nuten 24 auf, die einen rechteckigen, in Radialrichtung
langgestreckten Querschnitt haben und die Außenverzahnung des Zahnrads 12 jeweils
an der Stelle eines einzelnen Zahns unterbrechen. In die Nuten 24 sind
Druckstücke 26 eingesetzt,
von denen in 2 nur eines
dargestellt ist. In 1 geht
die Schnittebene durch die obere Nut 24, in die das Druckstück 26 eingesetzt
ist. Das Druckstück 26 weist
einen kugelförmiges
Druckglied auf das im folgenden als Rastkugel 28 bezeichnet
ist und das elastisch radial nach außen vorgespannt ist, und, wie 1 zeigt, in eine flache,
muldenartige Vertiefung 30 eingreift, die in einem der
Zähne der Schiebemuffe 14 ausgebildet
ist.
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Das Druckstück 26 ist in 3 bis 6 deutlicher dargestellt. Es weist ein durch
ein Kunststoff-Formteil gebildetes topfförmiges Gehäuse 32 auf, das die
Form einer rechteckigen, annähernd quadratischen
Säule hat.
In der Schnittdarstellung gemäß 3 und der Ansicht gemäß 4 hat das Gehäuse 32 eine
Breite, die mit der Breite der Nuten 24 übereinstimmt.
In der dazu senkrechten Richtung (Schnittdarstellung gemäß 5) ist die Breite des Gehäuses etwas
kleiner. Im Inneren des Gehäuses ist
ein zylindrischer Schacht ausgebildet, der eine Feder 34 aufnimmt.
Die Feder 34 stützt
sich am Boden 36 des Gehäuses 32 ab und spannt
die Rastkugel 28 nach oben gegen die Schiebemuffe vor.
Die Rastkugel 28 ist verschiebbar in einem erweiterten
oberen Teil des Schachtes aufgenommen, wird jedoch durch leichte
Kröpfungen 38 an
den etwas dünneren,
in 5 geschnitten dargestellten
Wänden
des Gehäuses 32 unverlierbar
in dem Gehäuse
gehalten. Bei der Montage kann somit die Rastkugel 28 in
das Gehäuse 32 eingeclipst
werden, so daß das
Druckstück dann
als eine vormontierte Einheit in das Zahnrad 12 eingesetzt
werden kann. Im Bereich des Bodens 36 des Gehäuses sind
Ablauföffnungen 40 (5) für Getriebeöl vorgesehen.
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Wie weiterhin in 5 zu erkennen ist, ist der Boden 36 des
Gehäuses 32 an
der Unterseite leicht verrundet.
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Die in 3 geschnitten
dargestellten Wände
des Gehäuses 32 bilden
Vorsprünge 42,
die über die
Kröpfungen 38 hinaus
vorspringen und so eine Aussparung 44 (4) begrenzen, in die der mit der Vertiefung 30 versehene
Zahn der Schiebemuffe 14 eingreifen kann.
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7 bis 9 zeigen ein Druckstück 26', das sich von
dem zuvor beschriebenen Druckstück 26 dadurch
unterscheidet, daß das
Gehäuse 32 am
radial äußeren (in 7 bis 8 oberen) Ende einen verdickten Kopf 46 mit
einem länglicheren
rechteckigen Grundriß aufweist,
der sich in Richtung der axialen Nut 24 erstreckt. Auf
diese Weise wird eine bessere Führung
des Gehäuses 32 in
der Nut 24 und zugleich eine größere Steifheit der Kröpfungen 38 erreicht.
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Bei beiden Druckstücken 26, 26' sind die Vorsprünge 42 an
der Oberseite verrundet, wie in 5 und 8 zu erkennen ist. Die Rundung
entspricht einem Kreisbogen, der konzentrisch zum unteren Scheitel
der Rundung des Bodens 36 ist.
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Die Wirkungsweise der Sychroneinrichtung soll
nun anhand der 10 und 11 erläutert werden.
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In 10 ist
die Schiebemuffe 14 im Vergleich zu 1 etwas nach rechts verschoben worden,
so daß die
Innenverzahnung 16 auf Zahnschrägen einer Außenverzahnung 48 des
Synchronrings 20 aufläuft.
Bei dieser Bewegung der Schiebemuffe 14 ist das Druckstück 26,
um sein unteres Ende, das sich auf dem Grund der Nut 24 abstützt, gekippt
worden. Diese Kippbewegung wird durch die Rundung des Bodens 36 des
Gehäuses 32 erleichtert.
Aufgrund der Kippbewegung bleibt die Rastkugel 28 mit der
Vertiefung 30 der Schiebemuffe in Eingriff. In dem in 10 gezeigten Zustand wird
die Kippbewegung des Druckstücks 26 dadurch
begrenzt, daß das
Gehäuse 32 am
Synchronring 20 anstößt.
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Bei der Bewegung der Schiebemuffe 14 zwischen
den in 1 und 10 gezeigten Positionen braucht
somit kein Reibungswiderstand überwunden zu
werden, da die Druckstücke 26 gleichsam
als Gelenke wirken, die die Relativbewegung zwischen Zahnrad 12 und
Schiebemuffe 14 zulassen und dabei stets für Spielfreiheit
sorgen.
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Der Synchronring 20 ist
in dem in 10 gezeigten
Zustand mit einer konischen Reibfläche auf einen Außenkonus 50 des
Zahnrads 22 geschoben worden, so daß das Zahnrad 22 durch
Reibschluß auf
die Drehzahl der Einheit aus Zahnrad 12, Schiebemuffe 14 und
Synchronring 20 beschleunigt oder verzögert wird. Solange noch keine
Drehzahlübereinstimmung
erreicht ist, setzen die Zahnschrägen der Außenverzahnung 48 des
Synchronrings 20, der dann noch einem hohen Drehmoment
unterliegt, der Bewegung der Schiebemuffe 14 einen solchen
Widerstand entgegen, daß die
Innenverzahnung 16 noch nicht mit einer Außenverzahnung 52 des
Zahnrads 22 in Eingriff gebracht werden kann. Erst nach Angleichung
der Drehzahlen kann die Schiebemuffe 14 weiter in die in 11 gezeigte Position verschoben
werden, in der sie eine drehfeste Verbindung zwischen den Zahnrädern 12 und 22 herstellt.
Da die Rastkugel 28 an dieser weiteren Bewegung der Schiebemuffe 14 nicht
mehr teilnehmen kann, wird sie entgegen der Kraft der Feder 34 aus
der Vertiefung 30 der Schiebemuffe herausgedrückt. Beim Kuppeln
des Zahnrads 22 mit dem Zahnrad 12 ist deshalb
ein durch die Druckstücke 26 bewirkter
Rastwiderstand zu überwinden.
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Im übrigen wird die Bewegung der
Schiebemuffe 14 durch eine nicht gezeigte Schaltgabel gesteuert,
die in die Nut 54 am äußeren Umfang
der Schiebemuffe eingereift. Durch diese Schaltgabel wird die Schiebemuffe
auch in den in 1 und 11 gezeigten Positionen gehalten.
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Durch die Rundung der Vorsprünge 42 des Gehäuses 32 des
Druckstücks 26 und
insbesondere des Druckstücks 26' ist sichergestellt,
daß das
Gehäuse
bei den Kippbewegungen nicht an der Innenverzahnung 16 der
Schiebemuffe anstößt, so daß ausschließlich die
Rastkugel 28 mit der Schiebemuffe in Berührung tritt.
Wie in 2 gezeigt ist,
ragen jedoch andererseits die Vorsprünge 42 so weit in
die Zahnzwischenräume
der Innenverzahnung 16, daß das Gehäuse 32 des Druckstücks 26 auch
unabhängig
von der Rastkugel 28 als Abstandshalter zwischen dem Zahnrad 12 und
der Schiebemuffe 14 wirken kann und so bei gebrochener
oder zu schwacher Feder 34 ein Verzahnungsklappern verhindert.
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In einer nicht gezeigten, modifizierten
Ausführungsform
des Druckstücks 26 kann
der Grundriß des
Gehäuses 32 auch
exakt quadratisch sein, und in den Gehäusewänden, die die Vorsprünge 42 bilden, können Ausnehmungen
analog zu den Ausnehmungen 44 vorgesehen sein. In diesem
Fall ist das Druckstück 26 an
seinem Boden 36 sphärisch
verrrundet und weist insgesamt eine 90°-Symmetrie bezüglich seiner Längsachse
auf, so daß es
in beliebigen Positionen in die Nut 24 eingesetzt werden
kann.
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Da die Nuten 24 des Zahnrads
in Axialrichtung durchgehen, lassen sich die Druckstücke 26, 26' einfach montieren.
Obgleich die Nuten 24 an beiden Enden offen sind, können die
Druckstücke
nicht herausfallen, weil sie durch die Synchronringe 18, 20 in ihrer
Lage gesichert werden.