DE2324860C3

DE2324860C3 - Keilring bei einem Synchronschaltgetriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE2324860C3
Application number: DE19732324860
Authority: DE
Inventors: Yasuyuki Inoue; Tomoaki Koshio
Original assignee: Toyo Kogyo Co Ltd
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1973-05-17
Filing date: 1973-05-17
Publication date: 1975-10-30
Also published as: DE2324860A1; DE2324860B2

Description

Die Erfindung betrifft einen Keilring bei einem Synchronschaltgelriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge, der an seinem Innenumfang eine Schrägfläche zum Reibeingriff mit der Konusfläche der Zahnkupplung des zu schaltenden Zahnrades aufweist und an seinem Außenumfang eine Vielzahl von Keilzähnen mit firstförmigen Keilflächen unterschiedlicher Neigung an derem einen Ende trägt, die mit der Spitze am Ende von Keilzähnen einer Schalthülse zusammenwirken.

Beim Schalten wird die Spitze am Ende der Keilzähne der Schalthülse gegen eine der firstförmigen Keilflächen am Keilring geführt. Dann gleitet diese Spitze die firstförmigen Keilflächen des Keilrings hinunter, bis sie in die Nut zwischen zwei Keilzähnen gelangt. Wenn in diesem Augenblick der Keilring mit dem zu schaltenden Zahnrad synchronisiert ist, treten keine Schwierigkeiten auf. Wenn jedoch eine Vollsynchronisation nicht so erreicht worden ist, dann kommen die in Eingriff zu bringenden Teile ins Rattern, oder die Schaltbewegung kommt nicht zustande.

Die Glcitgeschwindigkeit der Spitze am Ende der Keilzähne der Schalthülse ändert sich mit der Größe -,5 des Firstwinkels der Keilflächen am Keilring. Je kleiner dieser Firstwinkel ist, um so stärker gleitet diese Spitze und verkürzt sich die Zeitdauer, die zum Einführen der Spitze in die Nut zwischen zwei Keilzähnen benötigt wird. Umgekehrt verlängert sich diese Zeitdauer bei (>o Vergrößerung des Firstwinkels.

Die benötigte Zeitdauer zum Einführen der Keilzähne der Schalthülse zwischen die Keilzähne des Keilrings ist einer der wesentlichsten Faktoren, der die Qualität der Synchronisation bestimmt. Ist die Zeit- 6s dauer kürzer als zur Erzielung einer Vollsynchronisation erforderlich, so ist die Vollendung des Schaltvorgangs nur unter Schwierigkeiten und mit Geräuschentwicklung möglich. 1st die Zeitdauer dagegen länger als zur Vollsynchronisation erforderlich, dann wir'¹ der Keilring mit seiner Schrägfläche übermäßig stark gegen die Konusfläche des zu schaltenden Zahnrades gedrückt, was einen übermäßigen Verschleiß zur Folge

Unter Berücksichtigung dieser Gesichtspunkte kann man theoretisch den Wert des Firstwinkels der Keilflächen am Keilring so auswählen, daß die Gleitzeit der Spitzen der Schalthülse genau der für eine Vollsynchronisation benötigten Zeitdauer entspricht. Um jedoch ein glattes Gleiten der Schalthülse zu gewährleisten, ist in der Praxis ein Spiel erforderlich, auf Grund dessen der Winkel, mit dem die Spitze der Keilzähne der Schalthülse gegen die firstförmigen Keilflächen des Keilrings auftrifft, entsprechend den sich ändernden Antriebsverhältnissen stark wechselt. Selbst wenn also die firstförmigen Keilflächen des Keilrings in theoretisch günstigem Neigungswinkel verlaufen, gleiten die Spitzen der Schalthülsenkeilzähne mehr oder minder

Da ferner ein Kraftfahrzeug lange benutzt wird und die Betriebsfrequenz des Synchronschaltgetricbes recht hoch liegt, wird der Firstwinkel von dem Sollwert beachtlich abweichen, weil er im Bereich des Gleitkontaktes einem Verschleiß unterworfen ist, selbst wenn man den Gleitoberflächen fertigungstechnisch eine hohe Güte bzw. ein erstklassiges Finish erteilt.

Bei einem aus der DT-AS 14 25 835 bekannten Synchronschaltgetriebe besitzen die firstförmigen Keilflächen an der axial verschieblichen Schalthülse mit äußerem Zahnkranz eine unterschiedliche Neigung, d. h., der Firstwinkel wird zur Spitze hin größer. Auf Grund dieser unterschiedlichen Neigung der firstförmigen Keilflächen soll nicht die Synchronisationszeit beeinflußt werden, sondern sie soll das Einrutschen der Keilzähne zwischen die Keilzähne des Gegenzahnkranzes erleichtern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Synchronschaltgetriebe den Keilring so auszubilden, daß einerseits Fehlsynchronisalionen und andererseits übermäßiger Verschleiß ausgeschaltet werden, und zwar selbst nach längerer Betriebsdauer und wechselnden Antriebsverhältnissen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jede der firstförmigen Keilflächen des Keilrings sich aus einer ersten geneigten Fläche und aus einer anschließenden zweiten geneigten Fläche zusammensetzt und der Firstwinkel der ersten Fläche kleiner als der Firstwinkel der zweiten Fläche ist.

Beim Betrieb kommen die Spitzen der Schalthülsenkeilzähne zunächst gegen die stärker geneigten Keilflächen des Keilrings zur Anlage, die als Führungsflächen für die Spitzen der Schalthülsenkeilzähne wirken. Auf den weniger geneigten zweiten Flächen gleiten die Spitzen der Schallhülsenkeilzähne nicht, so daß der Keilring fest gegen die Konusfläche des zu schaltenden Zahnrads angedrückt wird. Nach Abschluß des Synchronisiervorgangs tritt ein geringer Ruck auf, auf Grund dessen die Spitzen der Schalthülsenkeilzähne von der weniger geneigten Keilfläche abrutschen und rasch zwischen die Keilzähne des zu schaltenden Zahnrades hineingleiten.

Es tritt also niemals der Fall auf, daß die Schalthülse bereits vor Beendigung des Synchronisiervorganges mit dem zu schaltenden Zahnrad in Eingriff kommt. Es ist auch ausgeschlossen, daß die Schalthülse nach Beendigung des Synchronisiervorganges den Keilring weiter

gegen das Zahnrad drückt und dadurch übermäßigen Verschleiß an den KonusHächen von Keüring und Zahnrad verursacht.

Unterschiedlich geneigte Keilflächen werden gemäß der DT-AS 10 63 910 be: einer Schaltkupplung für lose auf einer Welle drehbare Zahnräder eines Wechselgetriebes verwendet. Diese unterschiedlich geneigten Keilflächen sind an Zapfen ausgebildet, die dazu dienen, eine Schalthülsc drehfest mit der Welle zu verbinden und dabei von dem Drehmoment der Welle einen Axialschub für die Schalthülse abzuleiten. Die unterschiedliche Neigung der Keilflächen hat den Zweck, die Schalthülse in ihrer EingriffssteNung besonders stark festzulegen, um ein Heraussprengen des eingeschalteten Ganges zu verhindern.

Es liegt damit eine andere Zielrichtung wie bei vorliegender Erfindung vor.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht einen Keilring vor, bei dem jede der Keilflächen weiter eine dritte, geneigte Fläche aufweist, die von der zweiten Fläche ausgeht, wobei der Firstwinkel der dritten Fläche kleiner als der Firstwinkel der zweiten Flache ist.

Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher erläutert Es zeigt

Fig. 1 einen Axialschnitt eines Synchronschallgetriebes, das nach dem Trägheits-Sperrprinzip arbeitet,

Fig.2 einen vergrößerten Ausschnitt eines Tangen tialschnittes tür Darstellung des Eingriffs der Keilzähne von Schalthülse und Keilring und

F i g. 3 einen der F i g. 2 entsprechenden Tangentialschnitt einer anderen Ausführungsform der Erfindung.

Zunächst wird auf die F i g. 1 und 2 Bezug genommen. Durch ein Hauptantriebszahnrad 1 wird Antriebskraft über eine Kupplung der Hauptwelle 2 zugeführt. die ihrerseits die empfangene Antriebskraft über ein Gegenzahnrad einer Gegenwelle einer Abtriebswelle zuführt. Ein Leerlaufzahnrad 3 ist rotierbar auf der Hauptwelle 2 angeordnet und über das Gegenzahnrad vom Hauptzahnrad 1 angetrieben. Haupizahnrad 1 und Leerlaufzahnrad 3 sind einstückig mit Kupplungszahnrädern 4 und 5 versehen, die ihrerseits jeweils eine Konusfläche 6 bzw. 7 aufweisen. Eine Synchronisationsnabc 8 ist bei 9,10 auf die Hauptwelle 2 aufgekeilt und mit dieser rotierbar. Die Synchronisationsnabe 8 trägt an ihrem äußeren Umfang eine Keilverzahnung, die in kämmender Verbindung mit den Keilzähnen 14 einer Schalthülse 11 steht, so daß die Schalthülse längs ihrer Achse bewegbar ist.

Die Synchronisationsnabe 8 weist ferner drei Schlüssel- bzw. Sperrnuten 13 auf, in die die schliisselförtnige Synchronisationssperre 12 eingepaßt ist.

Am Außenumfang ist die Schalthülsc 11 mit einer Nut 15 für eine Schaltgabel versehen. In der Mitte ihres Innenumfangs weist sie eine Nut 16 auf.

Die Synchronsperre 12, welche in die drei Spei muten 13 eingesetzt ist, wird in radialer Richtung auf Grund der Kraft einer Feder 18 gegen die Keilzähne 14 der Hülse 11 gedrückt. Die Synchronsperre 12 ist mit einem Vorsprung 17 versehen, der in die Nut 16 der Keilzähne 14 eingepaßt ist.

Keilringe 19 und 19 sitzen auf den Konusflächen 6 und 7 der Zahnräder 4 und 5. Hierzu ist der Keilring 19 an seinem inneren Umfang mit einer Schrägfläche 20 versehen, welche der Konusfläche 6 bzw. 7 entspricht. Die Schrägfläche 20 ist mit feinen Nuten versehen. An seinem Außenumfang trägt der Keilring 19 Keilzähne 21, welche mit den Keilzähnen 14 der Hülse 11 kämmen. An ihren der Schalthülse 11 «egcnüberlie Enden besitzen die Keilzähne 21 des Keilrings förmige Keilflächen 22.

An der Seite des Keilrings 19 sind d¹·*-· ~ ic verteilte Nuten 23 vorgesehen, in welch· -te S nisationssperre 12 eingepaßt ist. Die Breit" r e 23 ist etwas größer als die der Synchro"¹ ._>n 12, so daß man die Berührungspunkte de '■■ -··% Ende der Keilzähne 14 der Schal'i.uise IS -u ...

κι förmigen Keilflächen des Keilrings beeinflt. s: vorbestimmen kann.

W:e besser _auSl F: g. 2 ersichtlich, bilden die chen 22 am Ende eines Keilzahnes 21 einen Fir dieser firstförmigen Keilflächen setzt sich aus e

ι- sten steil geneigten Fläche 24 und aus einer a ßenden weniger stark geneigten Fläche 25 zui Die steile Fläche 24 hai einen Firstwinkel ve während die weniger stark geneigte Fläche 2 Firstwinkel von 130' aufweist.

^i Wenn ein Kraftfahrzeug im Betrieb im obere tragungsbereich seiner vier Vorwärtsgänge fäh bei Benutzung des Hauptzahnrades 1 der F i g. men die Keilzähne 14 der Schalthülse 11 η Kupplungszahnrad 4, welches einstückig m

2> Hauptzahnrad 1 ist. In diesem Zustand wird triebskraft von dem Hauptzahnrad 1 über das lungszahnrad 4, die Hülse 11 und die Synchroni nabe 8 zur Hauptwelle 2 übertragen, welche η mit gleicher Geschwindigkeit wie das Hauptza rotiert. Soll das Kraftfahrzeug in den dritten G schaltet weiden (nämlich unter Benutzung de laufzahnrades 3 der F i g. 1), dann wird die am hebel befestigte Schaltgabel bewegt und die 1 nach rechts verschoben, so daß eine neutrale '.

is erreicht wird. Da in dieser neutralen Stellung d übertragenden Bauteile voneinander getrennt si langsamen sich das dritte Zahnrad 3 und das zahnrad 1, die mit geringerer Geschwindigkei ten als die Schalthülse 11. letzt wird die Haup durch die sich drehenden Kraftfahrzeugräder a ben, so daß die Gcschwindigkcitsabnahme 1 rasch erfolgt. Somit beginnt die Gesehwindigkc renz zwischen dem dritten Zahnrad 3 und der I mehr und mehr zu wachsen.

Dann wird die Hülse 11 weite: durch die Sch nach rechts verschoben. Hülse 11 und Sync tionssperre 12 werden zunächst leicht in der Richtung bewegt, so daß das rechte Ende der .S nisationssperre 12 den Keilring 19 in Richiu

>" rechts preßt. Folglich wird die Schrägfläche Keilrings 19 in Berührung mit der Konusfläcl bracht, so daß das dritte Zahnrad 3 gczwung mit gleicher Geschwindigkeit wie die Hülse 11 : ren. Nun beginnt der Keilring 19 sich entla

^ freien Raum zu bewegen, der zwischen der Sy sationssperre 12 und der Nut 23 gebildet ist.

Hier ist zu beachten, daß die Keilzähne Schallhülse 11 zu den Keilzähncn 21 des Keil verdreht bzw. versetzt sind, weil die Weite der

(■ο Keilrings, wie vorstehend angegeben, auf cinei stimmten Wert festgesetzt ist, daß die Spit/ Keilzähne 14 der Hülse ii sich in diesem Au gegenüber der steilen Fläche 24 des Keilrings det. Wird die Hülse 11 noch weiter nach rechts

<\s schlägt die Synchronisaiionsspcrre 12 am Bc Nut 23 des Keilrings 19 an und bleibt stehen. D; der Vorsprung 17 der Synchronisationssperre Eingriff mil der NuI 16 der Keilzähne 14 bef

Spitze T der Keilzähnc 14 wird jetzt gegen die steile Keilfläche 24 des Keilrings 19 gepreßt. Die Spitze Tder Hülse 11 gleitet auf der steilen Keilfläche 24 und drückt dabei die Schrägfläche 20 des Keilrings 19 gegen die Konusfläche 7 des dritten Zahnrades 3. Hierdurch wird der Keilring 19 in fortschreitendem Maße in seiner Drehzahl dem dritten Zahnrad 3 angeglichen, weil das Reibdrehmoment in der gleichen Richtung vergrößert wird. Da die Keilfläche 24 hinreichend steil ist, gleitet die Spitze T auf ihr rasch weiter, wonach sie auf die anschließende weniger steile Fläche 25 auftrifft. Dies hat eine weitere Erhöhung des Reibdrehmomentes zur Folge, so daß der Synchronisationsvorgang abgeschlossen wird. Beim Abschluß des Synchronisationsvorganges treten einige ruckartige Schwingbewegungen auf, die die Spitze T veranlassen, von der weniger steilen Fläche 25 abzugleiten und zwischen die Keilzähne 5 des dritten Zahnrades 3 einzutreten. Auf diese Weise ist das Herunterschalten in den dritten Gang beendet.

Wie vorstehend beschrieben, ist es wesentlich, daß die Spitze Γ der Keilzähne 14 der Hülse 11 zunächst gegen die steile Fläche 24 der Keilfläche 22 des Keilrings 19 gepreßt wird, um auf dieser rasch zu gleiten, und daß eine zweite Bewegung auf der weniger steilen bzw. sanften-Fläche 25 stattfinden muß, an der die Synchronisation zu Ende geführt wird.

Nachfolgend werden einige Angaben bezüglich der stellen und der weniger steilen Flächen 24 und 25 gemacht. Der Firstwinkel der steilen Fläche 24 ist derart zu wählen, daß die Spitze T der Kcilzähne 14 der Schalthülse 11 hierauf gleitet. Der Firstwinkel der steilen Fläche 24 sollte kleiner als etwa 114° sein.

Auf der weniger steilen Fläche 25 des Keiirings sollen die Schalthülsenkeilzähne dagegen weniger leicht gleiten, um zu verhindern, daß sich deren Spitze löst, bevor die Synchronisation beendet ist. Das Lösen der Spitze der Schallhülsenkeilzähne soll vielmehr auf Grund eines kleinen Rucks erfolgen, der bei Erreichen einer Vollsynchronisation auftritt. Der Firstwinkel der weniger steilen Fläche 25 sollte daher in einem Bereich von 120 bis 180° liegen.

Der Firslwinkel der Schallhülsenkeilzähne 14 ist etwas kleiner als der der steilen Fläche 24, um sicherzustellen, daß die Spitze Tauf der Fläche 24 zur Anlage kommt. Bei der Ausführungsform nach F i g. 2 sind für die Firstwinkel etwa folgende Werte gewählt, steile Fläche 24 = 110°, weniger steile Fläche 25 = 130°, Schalthülsenkeilzähne 14 = 106°.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 3 ist die Keilfläche des Keilrings 19 mit drei Flächen unterschiedlicher Neigung ausgeführt, d. h, es ist zusätzlich zu den beiden Flächen 24 und 25 eine dritte steile Fläche 26 vorgesehen, die an die weniger steile Fläche 25 anschließt. Bei dieser zweiten Ausführungsform ist zu beachten, daß die Spitze T der Schalthülsenkeilzähne 14 zunächst gegen die erste Steilfläche 24 oder auch gegen die zweite weniger steile Fläche 25 anstößt. Die Nut 23 des Keilrings 19 ist so ausgebildet, diesen Anforderungen zu genügen.

Aus Vorstehendem wurde ersichtlich, daß eine Vollsynchronisation dadurch sichergestellt wird, daß die Keilfläche des Keiirings in eine steile und in eine anschließende weniger steile Fläche unterteilt ist. Nach Beendigung der Synchronisation werden die Schalthülsenkeilzähne rasch in kämmenden Eingriff mit dem Zahnrad gebracht, um die Antriebsverbindung herzustellen. Ein übermäßiger Verschleiß an der Schrägfläche des Keilrings wird verhindert, die bei einem übermäßigen Andrücken des Keilrings auftreten würde. Der Keilring ist damit bei guter Synchronisation für längere Zeit verwendbar.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Keilring bei einen; Synchronschaltgetriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge, der an seinem Innenumfang eine Schrägfläche zum Reibeingriff mit der Konusfläche der Zahnkupplung des zu schaltenden Zahnrades aufweist und an seinem Außenumfang eine Vielzahl von Keilzähnen mit firstförmigen Keilflächen unterschiedlicher Neigung an derem einen Ende trägt, die mit der Spitze am Ende von Keilzähnen einer Schalthülse zusammenwirken, dadurch gekennzeichnet, daß jede der firstförmigen Keilflächen (22) des Keilrings (19) sich aus einor ersten geneigten Fläche (24) und aus einer is anschließenden zweiten geneigten Fläche (25) zusammensetzt und der Firstwinkel der ersten Fläche

(24) kleiner als der Firsiwinkel der zweiten Fläche

(25) ist.

2. Keilring nach Anspruch 1, dadurch gekenn- x> zeichnet, daß der Firstwinkcl der ersten Fläche (24) kleiner als 114° ist, während der Firstwinkel der zweiten Fläche (25) wenigstens 120° beträgt.

3. Keilring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der KeilHächen (22) weiter eine dritte, geneigte Fläche (26) aufweist, die von der zweiten Fläche (25) ausgehl, und daß der Firstwinkel der dritten Fläche kleiner als der Firstwinkel der zweiten Fläche ist.

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