DE2820774C2

DE2820774C2 - Synchronisiereinrichtung für Schaltgetriebe

Info

Publication number: DE2820774C2
Application number: DE19782820774
Authority: DE
Inventors: Richard 8043 Unterföhring Strehler
Original assignee: Carl Hurth Maschinen und Zahnradfabrik GmbH and Co
Current assignee: Gleason Hurth Tooling GmbH
Priority date: 1978-05-12
Filing date: 1978-05-12
Publication date: 1984-12-13
Also published as: DE2820774A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Synchronisiereinrichtung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs. Sie geht damit von einem internen Stand der Technik aus, der in ähnlicher Form von der DE-OS 24 58 769 bekannt ist.

Bei derartigen Synchronisiereinrichtungen wird zum Kuppeln des Zahnrades mit der Getriebewelle zunächst der Synchronring von der Schaltmuffe und dem Synchronkörper so weit auf den Kupplungskörper geschoben, bis sich ein Innenkonus des ersteren mit einem Außenkonus des letzteren berühren, worauf noch näher zu beschreibende Sperreinrichtungen ein Übergreifen der Schaltmuffe auf eine Kupplungsverzahnung des Kupplungskörpers so lange verhindern, bis zwischen den primärseitigen und den sekundärseitigen Teilen keine Drehzahldifferenzen mehr bestehen und die Innenverzahnung der Schaltmuffe in die Außen- bzw. Kupplungsverzahnung des Kupplungskörpers eingreifen kann.

Die Funktion der erwähnten Sperreinrichtung wird bei bekannten Synchronisiereinrichtungen übernommen von den zur Schalterleichterung dachförmig angeschrägten Zahnenden der Innenverzahnung der Schaltmuffe einerseits und der Außenverzahnung des Synchronringes andererseits. Die sich dadurch ergebende Doppelfunktion der Abdachung führt sowohl bei der Auslegung des erforderlichen Dachwinkels als auch bei der Herstellung sowie im Einsatz zu Schwierigkeiten: der für eine befriedigende Sperrwirkung erforderliche Dachwinkel kann für das Einschalten u. U. zu wenig Erleichterung geben, für die Herstellung der Abdachung ist eine sehr große Genauigkeit erforderlich, um

ίο möglichst an allen Zähnen ein Anliegen der Gegenzähne zu erreichen, und schließlich wird durch eine sich im Betrieb ergebende Gratbildung die Sperrwirkung verringert oder gar ganz aufgehoben.
Mit der DE-OS 20 51 976 ist vorgeschlagen worden, durch Beschränkung auf die minimal erforderliche Zähnezahl die Bearbeitungsprobleme besser in den Griff zu bekommen. Die anderen Probleme bleiben dabei aber bestehen. Hinzu kommt, daß eine derartige Synchronisiereinrichtung für verschiedene Einsatzfälle mit aufwendigen Unterschiedsteilen auszurüsten ist.

Es ist auch bekannt (DE-OS 24 52 768), als Sperreinrichtung den Synchronring mit Sperrnocken zu versehen, die an entsprechend geformten Gegenflächen an der Schaltinuffe bis zum Eintritt des Gleichlaufes anliegen. Sperrnocken und Gegenflächen sind kompliziert geformte Teile. Für andere Einsatzfälle der Synchronisiereinrichtung müssen sowohl die Schaltmuffe als auch der Synchronring anders geformt sein.

Der vorliegenden Erfindung liegt als Aufgabe zugründe, eine Synchronisiereinrichtung zu schaffen, bei der die Sperreinrichtung von der Schalterleichterung getrennt ist, die einfach geformte Teile aufweist und bei der für verschiedenartige Einsatzfälle möglichst wenig unterschiedliche und nur einfach geformte Teile erforderlich sind.

Zur Lösung der Aufgabe wird vorgeschlagen, die Schaltmuffe mit ebenso viel Taschen in der Verzahnung zu versehen wie der Synchronring Sperrzapfen hat, in die jeweils ein Sperrkörper mit einer Längsnut von der Breite des Sperrzapfens eingelegt ist, dessen zum Zahnrad hin gerichtete Stirnfläche am Übergang zu den Nutwänden mit abgeschrägten Sperrflächen versehen ist, an denen der Synchronring mit seinen Sperrzapfen, die kreisförmigen Querschnitt haben, zunächst zur Anlage und — sobald Drehzahlgleichheit erreicht ist — von den Sperrflächen zu den Nuten hin abgewiesen wird, so daß dann die Schaltmuffe weiter verschoben werden kann, indem die Nuten die Sperrzapfen aufnehmen (Anspruch

Fertigungsmäßig und funktionsmäßig haben sich Sperrzapfen als vorteilhaft erwiesen, die kegelstumpfartig ausgebildet sind (Anspruch 2). Die Sperrflächen der Sperrkörper sind dann entsprechend abgeschrägt. Eine einfache Schaltwegbegrenzung wird damit erreicht, daß die Sperrkörper mit ihrer Stirnfläche um die Länge der Kuppelzähne des Kupplungskörpers von der entsprechenden Stirnseite der Schaltmuffe zurückstehen, so daß die Sperrkörper mit ihrer Stirnfläche an den Stirnseiten der Kuppelzähne des Kupplungskörpers zur Anlage kommen (Anspruch 3).

Von den DE-AS 14 50 879 und 10 69 476 sind bereits Synchronisiereinrichtungen bekannt, bei denen die Sperreinrichtung von der Schalterleichterung getrennt ist. Hier liegen aber die Sperrzapfen an gewissermaßen an der Rückseite der Zähne der Innenverzahnung der Schaltmuffe angebrachten Sperrflächen an. Das Anbringen dieser schrägen Flächen im Inneren der Schaltmuffe ist sehr umständlich. Um die Synchronisiereinrichtung

für verschiedene Einsatzfälle verwenden zu können, müssen jeweils mit unterschiedlichen Schrägungswinkeln versehene Schaltmuffen verwendet werden.

Bei der Synchronisiereinrichtung nach der Erfindung genügt es dagegen, für verschiedenartige Einsatzfälle jeweils nur Sperrkörper mit unterschiedlichen Schrägungswinkeln an den Sperrfiächen zu verwenden.

Die Erfindung ist anhand eines in den Figuren 1 bis 7 dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Synchronisiereinrichtung für zwei wahlweise zu schaltende Stirnräder,

F i g. 2 einen partiellen Querschnitt durch Schaltmuffe und Sperrkörper,

F i g. 3 eine perspektivische Darstellung eines Sperrkörpers und

F i g. 4 bis 7 schematisch den Ablauf des Schalt- bzw. Synchronisiervorganges in mehreren Phasen.

Auf einer Getriebewelle 1 (Fig. 1) sind beiderseits eines Bundes 2 Zahnräder 3,4 drehbar, z. B. auf Nadellagern 5, 6, gelagert. In axialer Richtung sind sie mit bekannten Mitteln, z. B. mit mit nicht gezeichneten Elementen gehaltenen Ringen 7,8, festgelegt. Auf dem mit einem Zahnprofil 9 versehenen Wellenbund 2 ist ein Synchronkörper 10 mit einem entsprechenden Gegenprofil 11 axial verschiebbar aufgebracht. Der Synchronkörper 10, in der Literatur auch als »Schaltmuffenträger« bezeichnet, hat etwa I-förmigen Querschnitt. Auf seinem Außendurchmesser befindet sich eine Außenverzahnung 12 (F i g. 2), in der eine Schaltmuffe 13 mit einer entsprechenden Innenverzahnung 14 längsv~rschiebbar aufgebracht ist. Die Verschiebung der Schaltmuffe zum wahlweisen Verbinden der Zahnräder 3, 4 erfolgt in bekannter Weise mit einer nicht dargestellten Schaltgabel o. dgL die in eine Führungsnut 15 der Schaltmuffe 13 eingreift. Im Synchronkörper sind in radialen Bohrungen Federn 16 eingelegt, mit denen Kugeln 17 in eine in die Innenverzahnung 14 der Schaltmuffe 13 eingelassene Ringrille 18 gedruckt werden.

Beiderseits des Synchronkörpers 10, aber zumindest teilweise von ihm umgeben, sind Synchronringe 21, 22 angeordnet, die mit beispielsweise drei Zapfen 23, 24, den sogenannten Sperrzapfen, in Ausnehmungen 25 des Synchronkörpers 10 ragen. Diese Zapfen können zylindrisch oder kegelstumpfförmig sein. Die Ausnehmungen 25 sind breiter als der größte Durchmesser der Sperrzapfen. In den die Ausnehmungen abdeckenden Partien der Schaltmuffe 13 sind Taschen 26 eingebracht zur Aufnahme von Sperrkörpern 27, die vielfach auch mit »Stein« bezeichnet werden. Die Sperrkörper haben die Form eines Zylinderabschnittes. In Achsrichtung sind sie mit einer Nut 28 versehen, deren Breite dem Durchmesser der Sperrzapfen 23,24 entspricht. Die von den Stirnflächen 29,30 und den Nutwänden 31,32 gebildeten Ecken sind unter Bildung von sogenannten Sperrflächen 33, 34 abgeschrägt (F i g. 3). Hierauf wird noch eingegangen.

Die Synchronringe 21, 22 haben Innenkonen 37, 38, die entsprechende Außenkonen 39, 40 von Kupplungskörpern 41,42 mit geringem radialen Abstand umgeben. Die Innenkonen haben eine aufgespritzte Gleitfläche, z. B. aus Bronze, die — wie noch beschrieben wird — beim Synchronisieren gegen die Gleitfläche des jeweiligen Außenkonus läuft. Um den Ölfilm zwischen den Synchronflächen 37,39 rasch abbauen zu können, damit ein einwandfreies Synchronisieren erfolgt, sind die Außenkonen 39, 40 mit quer zur Umfangsrichtung laufenden Abstreifnuten 43 versehen. Die Kupplungskörper 41, 42 sind mit bekannten Mitteln fest mit den Zahnrädern 3,4 verbunden, z. B. durch Aufschrumpfen oder ein Vielkeüprofi! 35. Sie können mit den Zahnrädern auch einstückig ausgeführt sein. Die Kupplungskörper tragen außen eine Verzahnung 44, deren Abmessungen mit denen der Außenverzahnung 12 des Synchronkörpers 10 übereinstimmen. Nach erfolgtem Synchronisiervorgang, der weiter unten noch beschrieben wird, greift die Innenverzahnung der Schaltmuffe in uie Zähne des ίο Kupplungskörpers des jeweils zu schaltenden Zahnrades ein. Um dieses Eingreifen auch bei einer evtl. vorhandenen Zahn-vor-Zahn-Stellung zu ermöglichen sind die Zähne der Kupplungskörper an der der Schaltmuffe 13 zugewendeten Seite und die der Schaltmuffe auf beiden Seiten abgedacht oder abgerundet.

Der Schaltvorgang läuft wie folgt ab, wobei in der nachstehenden Beschreibung davon ausgegangen wird, daß das Zahnrad 3 eingeschaltet werden soll und die Welle 1 zunächst mit größerer Geschwindigkeit umläuft als das Zahnrad 3. Die Schaltmuffe 13 steht in Mittelstellung (Fig. 1, A), die Sperrzapfen 23 des Synchronringes 21 stehen gemäß Fig.4 etwa in der Mitte der Ausnehmungen 25 des Synchronkörpers 10. Sie können aber auch jede andere Stellung zwischen den seitlichen Begrenzungsflächen 47,48 der Ausnehmung 25 haben. Die Welle 1 und damit Synchronkörper 10, die Schahmuffe 13 und die beiden Synchronringe 21, 22 laufen in Pfeilrichtung 49 um. Die Schaltmuffe wird von der nicht dargestellten Schaltgabel o. dgl. auf das einzuschaltende Rad 3 (also nach links) hin bewegt. Wegen der Klemmwirkung der Federn 16 und Kugeln 17 wird auch der Synchronkörper 10 mitgenommen, der den Synchronring 21 vor sich her schiebt. Sobald zwischen dem Innenkonus 37 des Synchronringes 21 und dem Außenkonus 39 des Kupplungskörpers 41 einp Berührung erfolgt, wird der Synchronring infolge der leichten Bremswirkung der beiden als Synchronflächen dienenden Konen 37, 39 vom langsamer umlaufenden Zahnrad 3 abgebremst, d. h. er verschiebt sich in Umfangsrichtung gesehen relativ zum Synchronkörper, bis die Sperrzapfen 23 an der Begrenzungsfläche 47 der Ausnehmung 25 anliegen (F ig. 5).

Beim Weiterschieben der Schaltmuffe 13 kommen dann die Sperrzapfsn 23 mit den Sperrflächen 33 der Sperrkörper 27 in Berührung (F i g. 6), womit der Synchronisiervorgang eingeleitet wird. Ehe die Sperrzapfen an den Sperrflächen zur Anlage kommen, muß die Arretierkraft der Federn 16 überwunden werden, da der Synchronkörper 10 über den Synchronring 21 am Kupplungskörper 41 anliegt und nicht weiter verschoben werden kann.

Mit zunehmendem, auf die Synchronflächen ausgeübten Druck erfolgt eine Drehzahlangleichung zwischen den Primärteilen (Welle 1, Synchronkörper 10, Schaltmuffe 13, Synchronring 21) und den Sekundärteilen (Kupplungskörper 41, Zahnrad 3 und mit diesem in Verbindung stehende Teile), bis schließlich gleiche Drehzahl vorhanden ist. Jetzt wirkt auf den Synchronring keine aus den Sekundärteilen herrührende Umfangskraft mehr, er wird über die auf die Sperrzapfen wirkenden Sperrflächen 33 so weit gegenüber der Schaltmuffe 13 vorgedreht, bis die Sperrflächen nicht mehr an den Sperrzapfen 23 anliegen. Die Sperrzapfen 23 gleiten jetzt in die Nuten 28 der Sperrkörper 27, und die Zähne

b5 14 der Schaltmiiffc greifen in die Verzahnung 44 des Kupplungskörpers 41 ein (Fig. 7).

LJm den Schaltweg /u begrenzen, was außerhalb des Getriebes bei elastischer Getriebeaufhängung nur sehr

aufwendig durchführbar ist, sind die Sperrkörper 27 gegenüber der Stirnseite 19 der Schaltmuffe 13 so weit zurückgesetzt, daß sie am Ende des erforderlichen Schaltweges an den Stirnkanten 45 der Verzahnung 44 zur Anlage kommen und so ein Weiterschieben der Schaltmuffe 13 verhindern.

Der Winkel λ, unter dem die Sperrflächen 33, 34 angebracht sind, ist u. a. abhängig von der Werkstoffpaarung der Synchronflächen 37, 39 bzw. 38, 40: die zu Beginn des Synchronisiervorganges auf den Synchronring wirkende Umfangskraft P₁, muß größer sein als das Produkt P, ■ tga, wobei Pj die von der Schaltmuffe aufgebrachte Kraft in Axialrichtung ist. Bei großen primärseitigen Massen reicht eine Paarung Bronze/Stahl nicht aus. Bei einer Umstellung auf eine Paarung Stahl/Stahl muß der Sperrwinkei α verändert werden. Bei der beschriebenen Synchronisiereinrichtung ist es in solchen Fällen nur erforderlich, den Innenkonus 37, 38 des Kupplungskörpers 41,42 mit dem anderen Reibmaterial aufzuspritzen und Sperrkörper mit anderem Sperrwinkel vorzusehen. Alle anderen Teile können unverändert bleiben, da sich die Sperrzapfen mit ihrem kreisförmigen Querschnitt an jeden Winkel anlegen. Somit sind keine aufwendigen Werkzeuge für andere Synchronringe notwendig.

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	Begriffsliste
1	Getriebewelle
2	Bund
3,4	Zahnrad
5,6	Nadellager
7,8	Ring
9	Zahnprofil
10	Synchronkörper
11	Zahnprofil
12	Außenprofil
13	Schaltmuffe
14	innenprofil
15	Führungsnut
16	Feder
17	Kugel
18	Rille
19	Stirnfläche
20
21,22	Synchronring
23,24	Sperrzapfen
25	Ausnehmung
26	Tasche
27	Sperrkörper
28	Nut
29,30	Stirnfläche
3i,32	Nutwand
33,34	Sperrfläche
35	Vielkeilprofil
36
37,38	Innenkonus
39,40	Außenkonus
41,42	Kupplungskörper
43	Abstreifnut
44	Verzahnung
45	Stirnseite
46
47,48	Begrenzungsfläche
49	Drehrichtung
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	Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

I. Synchronisiereinrichtung für Schaltgetriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem Synchronkörper, der neben einem auf einer Getriebewelle drehbar gelagerten und mit dieser kuppelbaren Zahnrad drehfest, aber axial auf dieser Welle verschiebbar angeordnet ist und eine Außenverzahnung aufweist, die sich auf einem zum Zahnrad hin gerichteten ringförmigen Ansatz fortsetzt, der einen Synchronring mit radialem Spiel umgibt, welcher auf seiner äußeren Mantelfläche mehrere, vorzugsweise drei, in gleichmäßigem Abstand zueinander angeordnete. Sperrzapf en einer bestimmten Dicke aufweist, die in Ausnehmungen von größerer Breite im Synchronkörper eingreifen, auf dessen Außenverzahnung aidal verschiebbar, im unbelasteten Zustand über federnde Elemente mit dem Synchronkörper verbunden eine Schaltmuffe mit entsprechender Innenverzahnung sitzt, dadurch gekennzeichnet, daß in Taschen (26) in der Innenverzahnung (14) der Schaltmuffe (13) je ein mit einer Längsnut (28) von im wesentlichen der Breite des Sperrzapfens (23) versehener Sperrkörper (27) eingebracht ist, dessen zum zu synchronisierenden Zahnrad (3, 4) hin gerichtete Stirnfläche (29, 30) am Übergang zu den Nutwänden (31, 32) mit abgeschrägten Sperrflächen (33, 34) für das Zusammenwirken mit den Sperrzapfen (23) versehen ist.
2. Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrflächen (33,34) des Sperrkörpers (27) derart abgeschrägt sind, daß sie mit einem kegelstumpfförmig ausgebildeten Sperrzapfen (23) zusammenwirken können.
3. Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrkörper (27) so in den Ausnehmungen (26) der Verzahnung (14) der Schaltmuffe (13) angeordnet sind, daß ihre dem zu synchronisierenden Zahnrad (3) zugewendeten Stirnflächen (29, 30) als Schaltwegbegrenzung gegenüber der Kuppelverzahnung (44) dienen.