DE2848288C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Synchronisiereinrichtung gemäß dem Gattungsbegriff des Hauptanspruches. Eine solche Syn­ chronisiereinrichtung ist aus DE-AS 25 23 953 bekanntge­ worden.

Bei solchen Synchronisiereinrichtungen ist es bereits be­ kannt, einigen der Zähne der Synchronisiernabe eine breitere Zahnform und eine kürzere axiale Länge als anderen Zähnen zu geben. Die letzteren befinden sich ständig im Eingriff mit der Innenverzahnung der Synchronisierbuchse, während die kürzeren Zähne am Ende der axialen Bewegung der Buchse von einer neutralen Position zu einer seitlichen Position außer Eingriff mit den Zähnen der Buchse sind. Die Buchse ist derart gestaltet, daß sie in der genannten Position mit ihrer Innenverzahnung mit der Außenverzahnung eines Rades im Eingriff steht, das konzentrisch zur Achse gela­ gert ist. Dabei bildet die Buchse ein Verbindungselement zum Übertragen von Drehmomenten zwischen dem Rad und der Nabe. In einer derart seitlichen Eingriffsposition bleiben die Innenzähne der Buchse während der Übertragung von Dreh­ moment veranlaßt, auf den Flanken der Zähne der Nabe zu ruhen, die axial länger sind; die Synchronisierbuchse wird durch eine Feder in axialer Richtung verschoben, so daß die Endflächen der Zähne auf der Synchronisierbuchse gegen die Endflächen der kurzen, breiten Zähne auf der Syn­ chronisiernabe anliegen. Hierdurch wird eine Bewegung der Synchronisierbuchse relativ zur Synchronisiernabe in axialer Richtung verhindert. Dies verhindert, daß ein ein­ gelegter Gang während der Übertragung von Drehmoment unge­ wollt wieder ausgerückt wird.

Bei dieser bekannten Einrichtung haben die Nabe und die Buchse jedoch einen hohen Fertigungsaufwand, da verschie­ dene Zahnbreiten komplizierte und zeitaufwendige Bearbei­ tungsvorgänge erfordern. Die ungleichen Längen der Zähne der Nabe bedingen weiterhin getrennte Fräsvorgänge, die die Anwendung eines Teilungskopfes erfordert. Es versteht sich, daß diese Art von Fräsbearbeitung ebenfalls zeitauf­ wendig ist und daß die Herstellung einer Nabe dieser Art demgemäß sehr teuer ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Synchroni­ siereinrichtung gemäß dem Gattungsbegriff derart zu gestal­ ten, daß das Gangspringen mit größerer Sicherheit als seit­ her vermieden wird, daß bei der Kraftübertragung zwischen Buchse und Nabe unterschiedliche Flächenpressungen vermie­ den werden, und daß die Herstellung einfacher wird.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruches gelöst.

Eine erfindungsgemäße Einrichtung vermag somit eine wir­ kungsvolle Sperre gegen ein ungewolltes Außereingriffbringen eines eingelegten Ganges zu bieten. Da die Sperr- oder Rie­ gelkraft durch direkte Berührung zwischen einer großen Zahl von Zähnen auf der Nabe und der Buchse zustande kommt, ist die Beanspruchung, die sich aus dieser Berührung ergibt, relativ klein. Die mit der Übertragung von Drehmoment ver­ bundene Beanspruchung hängt von der Länge der Nabenzähne ab, die nicht mit einem oberen Zahnbereich versehen sind.

Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung ist es möglich, bei geeigneter Wahl der genannten Zahnlänge, Kontaktflächen zu erzielen, die alle zusammen die gesamte Kraft zwischen der Nabe und der Buchse zu übertragen vermögen und die im Hinblick auf die Materialbelastung entsprechend bemessen sind.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Synchronisier­ vorrichtung besteht darin, daß die Fertigung von Nabe und Buchse einfacher und wirtschaftlicher wird.

Die Erfindung ist anhand der Zeichnungen näher erläutert. Darin ist im einzelnen wie folgt dargestellt:

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch die obere Hälfte der Synchronisiereinrichtung bei eingelegtem Gang.

Fig. 2 ist ein Schnitt gemäß der Schnittlinie II/II von Fig. 1, die Verzahnungen von Nabe und Buchse kämmen hierbei miteinander und ein Gang ist eingelegt.

Fig. 3 stellt einen Teilschnitt entsprechend der Schnitt­ linie III-III in Fig. 1 dar und zeigt ebenfalls die zwi­ schen Nabe und Buchse im Eingriff befindlichen Zähne bei eingelegtem Gang.

Die in Fig. 1 wiedergegebene Synchronisiereinrichtung ist für ein Kraftfahrzeuggetriebe bekannter Bauart vorgesehen. Eine Welle 2 stellt die Hauptwelle des Getriebes dar und ist zugleich dessen Ausgangswelle. Welle 2 überträgt über nicht dargestellte Getriebe und Antriebswellen ein Dreh­ moment auf die Fahrzeugräder. Auf Welle 2 ist ein Rad 3 mittels eines Rollenlagers 5 und ein Rad 4 mittels eines Gleitlagers 6 im Abtrieb gelagert. Die Räder 3 und 4 sind mit Außenverzahnungen 7 und 8 versehen, die dazu dienen, in die Ritzel einzugreifen (nicht dargestellt), welche auf einer Zwischenwelle (ebenfalls nicht dargestellt) sitzen, und die sich im Getriebegehäuse befinden. Die Zwischenwelle steht mit dem Fahrzeugmotor über ein Ritzel auf der Ein­ gangswelle des Getriebes und über eine Hauptkupplung (beide nicht dargestellt) zwischen der genannten Welle und dem Motor in Verbindung. Die Hauptkupplung kann die genannte Triebverbindung herstellen oder lösen, so daß es möglich ist, den Gang im Getriebe zu wechseln. Im vorliegenden Fal­ le ist das Rad 3 von Fig. 1 der genannten Eingangswelle und die Verzahnung 7 mit dem Ritzel auf der Eingangswelle zugeordnet. Das teilweise dargestellte Getriebe umfaßt eben­ falls ein drittes und ein viertes Zahnrad (nicht darge­ stellt) wie beim üblichen 4-Gang-Kraftfahrzeuggetriebe.

Zwischen den Rädern 3 und 4 ist eine Nabe 10 angeordnet. Diese ist durch Keilnuten 11 (eine sogenannte Hirth-Ver­ zahnung) mit Welle 2 drehfest verbunden. Die axiale Lage von Nabe 10 auf Welle 2 ist zwischen einer Sicherungsmutter 12 oder dergleichen und einem ortsfesten Gleitlager 13 fixiert; das letztgenannte bildet gleichzeitig das Lager für Rad 4. Räder 3 und 4 sowie die Nabe können mit unter­ schiedlichen Geschwindigkeiten umlaufen, da sie axial kine­ matisch voneinander getrennt sind.

Auf beiden Seiten von Nabe 10 sind die Räder 3 und 4 derart angeordnet, daß jedes von ihnen mittels eines besonderen Synchronisierringes 20 mit einer Buchse 16 zusammenarbei­ ten kann. Die Buchse kann dabei axial verschoben werden. Zu diesem Zweck ist jedes Rad 3, 4 mit einer zusätzlichen Außenverzahnung 15 versehen. Die beiden Verzahnungen 15 sind axial zwischen den mit der Zwischenwelle zusammenar­ beitenden Außenverzahnungen 7 und 8 angeordnet. Die genannte Außenverzahnung 15 kämmt mit der Innenverzahnung 22 auf dem jeweiligen Synchronisierring 20 und versetzt diesen in Drehung. Die einzelnen Synchronisierringe 20 sind der­ art gestaltet, daß sie in freier Stellung auf Buchse 16 unter Wirkung je einer Schraubenfeder 25 gegen einen An­ schlagring 27 gedrückt werden, der auf den Rädern 3 oder 4 sitzt. Die Schraubenfeder 25 ist zwischen dem betreffen­ den Synchronisierring 20 und einem Stützring 26 angeordnet, der auf den Rädern 3 bzw. 4 ortsfest ist. Beide Synchroni­ sierringe 20 sind mit einer gerillten, konischen Fläche 31 versehen, die mit einer inneren konischen Fläche 30 des betreffenden Endes von Buchse 16 zusammenarbeiten. Buchse 16 ist mit einer Innenverzahnung 17 ausgestattet, die in einer mittleren, axialen Stellung zwischen den genannten konischen Flächen 30 und 31 mit der Außenverzahnung 18 von Nabe 10 zusammenarbeitet. Die axiale Verschiebung der Buchse 16 wird durch eine Wechselgabel 19 bewirkt, die in üblicher Weise über eine Gangschaltvorrichtung (hier nicht dargestellt) vom Fahrer aus betätigt werden kann.

Der Synchronisationseffekt findet in üblicher Weise dann statt, wenn Buchse 16 während der Wechselbewegung gegen einen Synchronisationsring 20 zwischen Buchse 16 und dem betreffenden Rad 3, 4 gedrückt wird. Die konische Fläche 30 von Buchse 16 drückt dann gegen die gerillte Fläche 31 auf Ring 20. Infolge der damit übertragenen Reibungskraft verzögert oder beschleunigt sie das betreffende Rad 3, 4 sowie die Drehgeschwindigkeit von Buchse 16 und Nabe 10, die mit Buchse 16 drehfest ist. Sodann greift die Verzahnung 17 auf Buchse 16 in die Verzahnung 15 des einen oder des anderen Rades 3 bzw. 4 und bewirkt somit die Übertragung eines Drehmomentes zwischen dem in Rede stehenden Rad und der Nabe 10.

Bei der Synchronisiereinrichtung gemäß der Zeichnung haben alle Zähne 18 auf Nabe 10 Zahnflanken, die aus zwei verschie­ denen Zahnprofilen 45, 47 in einem unteren und einem oberen Teil 40, 41 des jeweiligen Zahnes bestehen. Das Zahnprofil 45 im oberen Teil 41 des Zahnes ragt über eine Verlängerung des Zahnprofiles 47 des unteren Teiles 40 bis zum maximalen Durchmesser von Nabe 10 in Umfangsrichtung hinaus. Das Zahn­ profil ist jedoch derart definiert, daß die Zahnform im oberen Bereich nach wie vor in Zahnlücken 46 auf Buchse 16, die mit Nabe 10 zusammenarbeitet, eingreifen kann. Hier­ durch wird es möglich, die axiale Bewegung von Buchse 16 relativ zur Nabe 10 zu bewirken, was dann notwendig ist, wenn der Gang eingelegt wird, was man aus Fig. 1, und zwar aus der links dargestellten Position der Buchse 16 klar erkennen kann. Die Zahnflanken von Buchse 16 im unteren Teil 40 auf Nabe 10 haben dasselbe Evolventenprofil (siehe Fig. 2). Die Zahnflanken auf den oberen Bereichen 41 auf der Nabe 10 haben ein anderes Evolventenprofil, das ent­ sprechend dem oben gesagten in Umfangsrichtung außerhalb einer gedachten Verlängerung des Evolventenprofils 47 der unteren Teile 40 der Nabenzähne liegt. Dies läßt sich klar aus Fig. 2 erkennen, wo die Verlängerung des Evolventen­ profils 47 des unteren Teiles 40 mit gestrichelter Linie gezeichnet ist.

Die Höhe der unteren Zahnbereiche 40 der Nabe 10 entsprechen in vorteilhafter Weise der Hälfte der Gesamthöhe des Zahnes. Ist der untere Teil des Zahnes größer als die halbe Gesamt­ höhe des Zahnes, so ist es vorteilhaft, den oberen Teil des Zahnes mit einer breiteren Form zu versehen, als der durch eine Evolvente dargestellte.

Die oberen Zahnbereiche 41 auf Nabe 10 haben eine geringere axiale Länge als die unteren Zahnbereiche 40 auf der Nabe 10. In den Fig. 1 und 3 ist ein Querübergang 48 jeweils zwischen den oberen und unteren Bereichen 41 und 40 auf dem Nabenzahn wiedergegeben. Der Übergangsabschnitt kann jedoch auch anders gestaltet werden, und zwar entweder völlig oder teilweise als angefaste Fläche, die unter einem Winkel zur oberen Ebene des unteren Bereiches des Zahnes verläuft. Der Übergang 48 ist weiterhin in einer gewissen Entfernung von den zugehörigen Enden der Nabenzähne gelegt; diese Entfernung ist vorteilhafterweise größer als die Zahn­ höhe der unteren Bereiche 40 der Nabenzähne, die während der Kraftübertragung verwendet werden.

Das Vorsehen des genannten Abstandes hat einen Einfluß auf die Größe der Belastung, welcher die Nabenzähne 18 während der Kraftübertragung ausgesetzt sind. In einem solchen Fal­ le wird die Buchse 16 axial von einer neutralen, außer Ein­ griff befindlichen Position in eine Position gerückt, in welcher der Gang eingelegt ist. Die zuletzt genannte Po­ sition ist in Fig. 1 dargestellt, wobei die Buchse 16 (die in ausgezogenen Linien dargestellt ist) mit dem inneren Ring der Verzahnung 15 auf Rad 3 im Eingriff steht. Die Verzahnung 17 auf Buchse 16 liegt hier axial außerhalb des oberen Bereiches 41 der Nabenverzahnung 18, und in dieser Position liegen die Zahnflanken der Buchse 16 gegen die Flanken der unteren Bereiche 40 der Nabenverzahnung an und bewirken hierdurch die Drehmomentübertragung zwischen Rad 3 und Nabe 10 mittels Buchse 16.

Die Fig. 2 und 3 veranschaulichen, wie eine Stirnfläche 50 am Übergang 48 zwischen dem oberen und unteren Bereich 41, 40 eines Nabenzahnes 18 in einem gewissen Maße in eine geneigte Fläche 51 übergeht, die von angefasten Enden 40 auf Zahn 17 von Buchse 16 gefolgt ist. Treten während der Drehmomentübertragung axiale Kräfte auf, die dazu neigen, Buchse 16 in ihre neutrale Position zurückzuschieben, so wird dies dadurch verhindert, daß die obenerwähnten Stirn­ flächen 50, 51 direkt gegeneinander pressen. Da dies über alle miteinander im Eingriff befindlichen Zähne auf Nabe 10 und Buchse 16 geschieht, wird eine wirkungsvolle Sperre gebildet, um Buchse 16 daran zu hindern, in eine neutrale Richtung geschoben zu werden.

Wird ein Gang ausgerückt, so wird die Drehverbindung zwi­ schen Motor und Getriebe in herkömmlicher Weise durch ein Kupplungspedal oder dergleichen unterbrochen, wobei die Übertragung von Drehmoment zwischen dem Zahnring 15, der Buchse 16 und der Nabe 10 unterbrochen wird. Der Zahnring 15 wird dann durch Verschieben von Buchse 16 in ihre neutrale Stellung mittels Ausübens äußerer Kräfte ausgerückt. Die Stirnflächen 50 des Übergangs auf Nabe 10 führen jetzt die geneigten Flächen 51 auf der Verzahnung 17 auf Buchse 16, so daß die jeweiligen Zähne von Nabe 10 mit den Zahn­ lücken von Buchse 16 vollständig kämmen können, wonach die Verschiebebewegung die Buchse 16 leicht in ihre neutrale Stellung verbringen kann.

Claims (4)

1. Synchronisiereinrichtung für ein Kraftfahrzeuggetriebe, mit wenigstens einer Sychronisiernabe (10), die in axialer Richtung unverschiebbar auf einer Welle (2) fixiert ist und die über eine Außenverzahnung mit der Innenverzahnung einer zu ihr konzentrischen Synchronisierbuchse (16) zu­ sammenarbeitet, die ihrerseits in axialer Richtung verschieb­ bar ist, und die Zahnform (45) im oberen Bereich (41) eines jeden Zahnes auf der Nabe (10) jeweils in die Lücke zwischen zwei Zähnen auf der Buchse (16) hineinpaßt, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die unteren Bereiche (40) der Zähne auf der Nabe (10) eine größere axiale Länge als die oberen Bereiche (41) der Zähne und dasselbe Zahnprofil wie die Zähne auf der Buchse (16) haben, daß die Zahnform (45) des oberen Zahnbereiches (41) breiter ist, als die Zahnform (47) des unteren Zahnbereiches (40) bis hinauf zum maximalen Durch­ messer der Nabe (10) wäre, und daß die Zähne auf der Buchse (16) bei Kraftübertragung mit den unteren Bereichen (40) der Zähne der Nabe (10) zusammenarbeiten, so daß die Zahn­ flanken im oberen Bereich (41) der Zähne eine Lage in Um­ fangsrichtung außerhalb des Profils der Zahnlücken auf der Buchse (16) einnehmen und dadurch ein axiales Verschieben der Buchse (16) im Sinne eines Eingriffs mit den oberen Zahnbereichen (41) auf der Nabe (10) verhindern.

2. Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die unteren Zahnbereiche (40) auf der Nabe (10) in radialer Richtung etwa die halbe Gesamthöhe der Zähne auf der Nabe (10) haben.

3. Synchronisiereinrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang (48) zwischen dem unteren und dem oberen Bereich (40, 41) des einzelnen Zahnes auf der Nabe (10) im wesentlichen quer verlaufende Endflächen (50) hat.

4. Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Übergang (48) zwischen dem unteren und dem oberen Zahnbereich (40, 41) auf der Nabe in einem Abstand von dem Ende (49) des einzelnen Zahnes der Nabe (10) liegt, der größer ist, als die radiale Höhe des unteren Zahnbereiches (40) auf der Nabe (10).