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Synchronisierte Schaltmuffe
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Gegenstand der Erfindung sind Schaltmuffen mit Synchronisiereinrichtung,
insbesondere für Zahnradwechselgetriebe entsprechend dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
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Synchronisiereinrichtungen mit Reibkegel und geneigten Sperrflächen
sind bekannt.
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Bei gegebenem äußerem Durchmesser einer Synchronisiereinrichtung
ist deren Wirkung beim Synchronisiervorgang um so besser, je größer der Durchmesser
des Reibkegels ist; um so sicherer, je kleiner der Durchmesser der Sperrflächen
ist; und um so geschmeidiger, je größer der Steigungswinkel der Sperrflächen sein
kann, was ebenfalls einen kleinen Durchmesser derselben voraussetzt.
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Diese bekannten Eigenschaften ergeben sich dadurch, daß erstens ein
Reibkegel mit größerem Durchmesser ein höheres Reibmoment erzeugt. Zweitens, daß
Sperrflächen an einem kleinen Durchmesser beim Synchronisiervorgang ein entsprechend
kleineres entgegengesetztes Verdrehmoment erzeugen, so daß die Sicherheit entsprechend
der Differenz zwischen Reibmoment und Verdrehmoment höher wird. Drittens, daß für
dieses Verdrehmoment Durchmesser und Steigungswinkel der Sperrflächen bestimmende
Faktoren sind.
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Am günstigsten in dieser Hinsicht ist die Synchronisierung der französischen
Firma Renault, die z.B. beim R18 im 1. und 2.
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Gang verwendet wird, wie aus der französischen Zeitschrift 'TRevue
technique automobile Nr. 382'.' vom Oktober 1978 auf Seite 33 und 37 ersichtlich
ist. Hierbei hat die Schaltmuffe zwei geschliffene innere Kegelflächen, innerhalb
der sich die beiden Synchronisierringe befinden, deren innerer Durchmesser mit den
Sperrflächen etwa halb so groß ist wie deren äußerer Durchmesser am Reibkegel ist.
Um diese Abmessungen zu ermöglichen,
nimmt der jeweils beim Schalten
benutzte Synchronisierring an der Einschaltbewegung der Schaltmuffe mit teil. Zwischen
Synchronisierring und Zahnrad befindet sich eine vorgespannte Druckfeder. Beim Ausrücken
des betreffenden Ganges bewegt diese Druckfeder den Synchronisierring wieder in
die Neutralstellung. Am Einrücken der Schaltmuffe in die entgegengesetzte Gangrichtung
nimmt dieser dann unbenutzte Synchronisierring aber nicht teil, er verharrt dabei
in der Neutralstellung, weil die Gesamtanordnung diese Bewegung nicht zulässt.
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Nachteilig ist bei dieser Renault-Synchronisierung: Erstens erfordert
die erwähnte Druckfeder, welche auch bestrebt ist, die eingerückte Schaltmuffe auszurücken,
eine erhöhte Rastkraft an der Schaltgabel bzw. Schaltstange. Hierdurch erhöht sich
wiederum die Kraft zum Einschalten des Ganges und vor allem zum Ausschalten. Letzteres
macht sich als abnormal gegenüber dea meisten Synchronisierungen bemerkbar. Zweitens
erzeugt diese Druckfeder im ausgerückten Zustand eine unnütze Reibung zwischen dem
Synchronisierring und der Nabe der Schaltmuffe infolge ihrer Druckkraft. Letztere
muß aber eine bestimmte GröBe haben, um am Beginn des Synchronisiervorganges das
Öl von den Reibflächen wegzudrücken, bevor sich die Sperrflächen berühren. Drittens
ist die Herstellung, also das Schleifen der beiden inneren Kegel in der Schaltmuffe
ungünstig. Wesentlich günstiger wäre das Schleifen an äußeren Kegeln infolge der
dann möglichen größeren Schleifscheibe. Viertens ist die. Gesamtanordnung sehr kompliziert,
wodurch sich die Herstellung noch mehr verteuert.
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Diese Renault-Synchronisierung kommt grundsätzlich dem Gegenstand
der Erfindung am nächsten, weil der Synchronisierring zumindest an der Hälfte des
gesamten Schaltweges der Schaltmuffe mit teilnimmt, weil sich die Sperrflächen zwischen
dem Synchronisierring und dem Zahnrad befinden und weil beide Teile mit gleicher
Drehzahl umlaufen. Deshalb erübrigt sich die Beschreibung anderer bekannter Synchronisierungen
hier, weil bei diesen im Gegensatz dazu der Synchronisierring nicht so an der Schaltbewegung
der Schaltmuffe mit teilnimmt, weil sich die Sperrflächen zwischen Synchronisierring
und Schaltmuffe befinden und weil diese beiden Teile mit gleicher Drehzahl umlaufen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Synchronisiereinrichtung
zu
schaffen, die leicht, geschmeidig und sicher schaltet, aus möglichst wenigen Dilligen
Teilen besteht uid die stich leicht montieren läßt. Gezogen speziell auf diese Henaul
t-Synchronisierung, soll deren Druck feder in der beschriebenen Form entfallen,
weil sie verschiedene Nachteile hat.
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Diese Aufgabe wird durch eine Schaltmuffe mit Synchronie siereinrichtung
der eingangs erwähnten Gattung durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 aufgeführten
Merkmale gelöst.
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Durch die Erfindung wird in vorteilhafter Weise die axiale Bewegung
der Synchronisierringe gemeinsam mit der Schaltmuffe über deren gesamten Schaltweg
ermöglicht sowie durch den kleinen Durchmesser der Sperrflächen hohe Sicherheit
bewirkt und die Schräge letzterer für hohe Geschmeidigkeit ermöglicht bei einfachen
und wenigen Teilen.
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Die erfindungsgemäße Ausgestaltung und Weiterbildung ist ill den
Unteranspriichen aufge fuhrt.
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Die Ausgestaltung gemäß Anspruch 2 hat den Vorteil, die axiale Bewegung
<Jer Synchronisierringe gemeinsam mit der Schaltmuffe iber deren gesaintell Schaltweg
zu bewirken.
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Die Ausgestaltung gemäß Anspruch 3 hat den Vorteil, den erwünschten
Endanschlag wegen der Hinterlegung der Zahnflanken ohne Besonderen Fertigungsaufwand
zu ergeben.
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Die Augestaltung gemäß Anspruch 4 hat den Vorteil, die Verbindung
gegen Drehung zwischen Zahnrad und Synchronisierring mit geringen Aufwand bei der
llel-stellung zu ermöglichen, also einerseits durch einen Stoßvorgang mit den Schaltzähnen
und afl<er£rse i t durch die Form des Preßteils mit Nasen.
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Die Ausgestaltung gemäß Anspruch 5 hat den Vorteil, daß das Öl am
Beginn des Synchronisiervorganges von den Reibflächen weggedruckt wird, weil der
Federring dann gegen das Zahnrad stößt uiid Widerstand I ei stet .
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Die Weiterl>Ildung gemäß Anspruch 6 ermöglicht in vorteilhafter-
Weise kürzere Nasen und daher auch Zahnräder, weil der vom eingerückten Gang abseits
liegende Federring nicht mehr von den Nasen umfasst werdeti muß; die Fasen ermöglichen
beim Ausrücken des Ganges wieder das letztere. Der Raum eines Zahnrads kann ausgenutzt
werden.
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Die Weiterbildung gemäß Anspruch 7 ermöglicht in vorteilhafter
Weise
die Bearbeitung der Reibflächen und in der Weiterbildung gemäß Anspruch 8 dieses
in sehr günstiger Weise, weil beide Reibkegel von außen und vor allem gemeinsam
in einem Arbeitsgang geschliffen werden können.
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Die Weiterbildung gemäß Anspruch 9 ermöglicht in vorteilhafter Weise
breite Reibkegel bei kurzer Baulänge, unter Umständen auch die Ausnutzung des Raumes
in einem Zahnrad.
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Die Weiterbildung gemäß Anspruch 10 ermöglicht in vorteilhafter Weise
die Ausführung mit Lamellen.
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Die Weiterbildung gemäß Anspruch 11 ermöglicht in vorteilhafter Weise
eine kurze Baulänge, unter Umständen auch die Ausnutzung des Raumes in den Zahnrädern.
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Die Weiterbildung gemäß Anspruch 12 ermöglicht die Anwendung dieses
vorteilhaften Prinzips auch bei dünnen Zahnrädern, also die in radialer Richtung
wenig Material haben.
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In den Zeichnungen sind fünf Ausführungsbeispiele der Erfindung maßstäblich
dargestellt. Es zeigt: Fig. 1 und folgend das Beispiel 1 in der Neutralstellung
im Längsschnitt nach der Linie A-A der Fig. 8, Fig. 2 denselben Längsschnitt, jedoch
im eingerückten Zustand, Fig. 3 einen Schnitt am Umfang nach der Linie B-B der Fig.
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1, Fig. 4, 5, 6, 7, 8 und 9 verschiedene Querschnitte nac den Linien
C-C, D-Dl E-E, F-F, G-G und H-H der Fig. 1, Fig. 10 und folgend die Einzelteile
des Beispiels 1, und zwar den Synchronisierring im Schnitt nach der Linie A-A der
Fig. 11, Fig. 11 eine Ansicht desselben, Fig. 12 eine Ansicht der Schaltmuffe, Fig.
13 einen Schnitt derselben nach der Linie A-A der Fig. 12, Fig. 14 eine Ansicht
eines Zahnrades, Fig. 15 einen Schnitt desselben nach der Linie A-A der Fig. 14
oder 16, Fig. 16 die entgegengesetzte Ansicht desselben zum Teil, Fig. 17 und folgend
das Beispiel 2 in der Neutralstellung im Längsschnitt nach der Linie J-J der Fig.
21,
Fig. 18 denselben Längsschnitt, jedoch im eingerückten Zustand,
Fig. 19 eine komplette Schaltmuffe im Längsschnitt nach der Linie J-J der Fig. 21,
Fig. 20 ein Zahnrad im Schnitt nach der Linie Y-Y der Fig.
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21, Fig. 21 eine Ansicht desselben, Fig. 22 und folgend das Beispiel
3 im Längsschnitt nach der Linie K-K der Fig. 23, Fig. 23 einen Querschnitt nach
der Linie L-L der Fig. 22, Fig. 24 und folgend das Beispiel 4 im Längsschnitt nach
der Linie M-M der Fig. 25, Fig. 25 einen Querschnitt nach der Linie N-N der Fig.
24, Fig. 26 und folgend das Beispiel 5 im Längsschnitt nach der Linie P-P der Fig.
27, 28 und 29, Fig. 27, 28 und 29 verschiedene Querschnitte nach den Linien Q-Q,
R-R und S-S der Fig. 26.
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Anordnung Beispiel 1 (Fig. 1 bis 16) Das Zahnrad 1 des 1. Ganges
und das Zahnrad 2 des zweiten Ganges sind auf der Welle 3 drehbar angeordnet, an
der die beiden Scheiben 4 befestigt sind. Die Welle 3 bzw. die mit ihr fest verbundene
Nabe 5 hat außen eine Verzahnung 6 mit niedriger Zahnhöhe. In dieser ist die Schaltmuffe
7 längsbeweglich angeordnet, die innen eine Verzahnung 8 mit hoher Zahnhöhe mit
zwei Absätzen 9 und 10 hat. Ferner hat diese hohe Verzahnung 8 noch an beiden Enden
schräge Stirnflächen 11 und Hinterlegungen 12. Die Schaltmuffe 7 hat an beiden Seiten
ringförmige Aussparungen 13 mit inneren Ringnuten 14, in denen sich die Sprengringe
15 und 16 befinden. Die Schaltmuffe 7 hat außen zwei kegelige Reibflächen 17 und
18 sowie eine Ringnut 19. In letztere greift die Schaltgabel 20 an zwei entgegengesetzten
Stellen ein.
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Auf der Schaltmuffe 7 sind die beiden Synchronisierringe 21 und 22
mit ihrer inneren kegeligen Reibfläche 23 jeweils drehbar angeordnet. Sie haben
innen jeweils kurze Schaltzähne 24 mit niedriger Zahnhöhe und schrägen Flächen 25,
die als Sperrflächen dienen. Beide Synchronisierringe 21 und 22 haben je einen ringförmigen
Vorsprung 26, der größer als der Innendurchmesser
des Sprengringes
15 oder 16 ist, und je drei Löcher 27, welche dessen Handhabung bei der Montage
ermöglichen. Beide Synchronisierringe 21 und 22 haben je drei längliche Nasen 28
mit inneren Aussparungen 29.
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Die beiden Zahnräder 1 und 2 haben außen je eine Laufverzahnung 30
und seitlich die Stirnfläche 31, die Schaltzähne 32 mit mittlerer Zahnhöhe, sowie
die Ringnut 33 daneben. Die mittelhohen Schaltzähne 32 haben schräge Flächen 34,
die als Sperrflächen wirken, sowie hinterlegte Zahnflächen 35. An drei Stellen befindet
sich je ein verkürzter Zahn 36 und daneben die Flächen 37, an die mit Verdrehspiel
die Nasen 28 tangential anschlagen. Letztere können sich ungehindert in den drei
Löchern 38 des Zahnrades 1 bzw. in den drei Langlöchern 39 des Zahnrades 2 bewegen.
Wie Fig. 16 zeigt, ist dieses Langloch 39 durch Bohren zweier Löcher 40 und 41 und
Herausstoßen des Materials dazwischen hergestellt.
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In der Ringnut 33 ist je ein radial vorgespannter Federring 42 mit
hakenförmigen Enden 43, der in der Neutralstellung der Schaltmuffe 7 in Fig. 1 in
den Aussparungen 29 liest.
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Wie in Fig. 1 ersichtlich, ist bei gegebenem äußerem Durchmesser
X der Durchmesser Y des Reibkegels maximal, der Durchmesser Z der Sperrflächen 25
und 34 ist minimal, so daß der Steigungswinkel ß derselben in Fig. 3 groß sein kann.
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Wirkungsweise Beispiel 1 Wird die Schaltmuffe aus der Neutralstellung
gemäß Fig. 1 zum Einrücken des Ganges nach rechts bewegt, so stößt der Federring
42 gegen das rechte Zahnrad 1. Hierdurch wird der rechte Synchronisierring 21 auf
die Kegeifläche 17 der Schaltmuffe 7 gedrückt. Dieser schlägt nun tangential an
der Fläche 37 des Zahnrades 1 an infolge der Reibung an der KegelfLäche 17 der Schaltmuffe
7. Der Federring 42 wird nun nach innen gedrückt und die Sperrflächen 25 und 34
zwischen dem rechten Synchronisierring 21 und dem rechten Zahnrad 1 berührten sich.
Das Reibmoment von der Kegelfläche 17 der Schaltmuffe 7 her ist infolge V des großen
Durchmessers viel größer als das Verdrellmoment von den Sperrflächen 34 des rechten
Zahnrades 1 her, die den kleinen Durchmesser Z haben. Deshalb wird eine weitere
axiale Bewegung
der Schaltmuffe 7 auch unter ungünstigen Umständen
gestoppt bis Gleichlauf eintritt.
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Die Schaltmuffe 7 wird dann voll eingerückt, wie Fig. 2 zeigt. Wie
ersichtlich, wurde der unbenutzte linke Synchronisierring 22 nicht gehindert, sich
axial mit der Schaltmuffe 7 zu bewegen, weil seine niedrigen Schaltzähne 24 nicht
die niedrige Verzahnung 6 der Welle 3 berühren können. Der Anschlag der manuellen
Schaltbewegung der Schaltmuffe 7 nach rechts erfolgt zwischen deren innerem rechten
Absatz 9 und der Stirnfläche 31 des rechten Zahnrades 1.
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Beispiel 2 (Fig. 17 bis 21) Folgende Abweichungen bzw. zusätzliche
Teile sind vorhanden: Die Zahnräder 44 und 45 (entsprechend 1 und 2) haben je vier
Löcher 46, in denen je ein Spannstift 47 fest angebracht ist. Das Zahnrad 44 ist
so ausgebildet, daß es Platz für den Synchronisierring 21 läßt. Die Nasen 48 (entsprechend
28) der Synchronisierringe 21 und 22 sind kürzer und haben vorn innen je eine Fase
49. Ferner sind Nadellager 50 gezeichnet.
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Die Wirkungsweise ist grundsätzlich wie im Beispiel 1.
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Wenn der andere Gang eingerückt ist, wird der unbenutzte Federring
42 von den Spannstiften 47 gehalten, wie Fig. 21 zeigt.
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Die Fasen 49 ermöglichen das Fassen des Federringes 42 durch den Synchronisierring
21 oder 22 beim Ausrücken.
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Beispiel 3 (Fig. 22 und 23) Folgende Abweichungen sind vorhanden:
Das Zahnrad 51 (entsprechend 1) ist so ausgebildet, daß es Platz für den Synchronisierring
52 (entsprechend 21) läßt. Die Schaltgabel 53 (entsprechend 20) umschließt die Schaltmuffe
54 (entsprechend 7), die eine äußere kegelige Reibfläche 55 (entsprechend 18) und
eine innere 56 sowie je drei Löcher 57 und 58 (entsprechend 27) aufweist. Der Synchronisierring
59 liegt innen. Beide Synchronisierringe 52 und 59 haben Ringnuten 60 und 61 (entsprechend
1), in denen sich Sprengringe 62 und 63 (entsprechend 15 und 16) befinden.
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Die Wirkungsweise ist wie im Beispiel 1.
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Beispiel 4 (Fig. 24 und 25) Folgende Abweichungen bzw. zusätzliche
Teile sind vorhanden: die Schaltmuffe 64 (entsprechend 7) hat S-förmigen Querschnitt
mit zwölf Löchern 65. Die Synchronisierringe 66 und 67 (entsprechend 21 und 22)
haben Nuten 68 und 69. In diese greifen die als Reibfläche dienenden Lamellen 70
und 71 längsbeweglich ein. Die Lamellen 72 und 73 jeweils dazwischen greifen ebenfalls
längsbeweglich in die Löcher 65 der Schaltmuffe 64 ein. Die Lamellen befinden sich
zwischen den Stirnflächen 74 und 75 bzw. 76 und 77.
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Die Wirkungsweise ist grundsätzlich wie Beispiel 1, nur daß das Reibmoment
statt von Kegeln mit Lamellen erzeugt wird.
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Anordnung Beispiel 5 (Fig. 26 bis 29) Folgende Abweichungen bzw.
zusätzliche Teile sind vorhanden: Anders als in den vorherigen Beispielen sind die
Teile für die drehende Mitnahme umgekehrt angeordnet: Die Nasen 78 und 79 (entsprechend
28) sind durch Mitnehmer 80 und 81 mit den Zalinrädern 82 und 83 (entsprechend 1
und 2) verbunden und haben Stufen 84 und 85 (entsprechend den Aussparungen 29).
Neben diesen liegen in der Neutralstellung der Schaltmuffe 86 (entsprechend 7) die
radial vorgespannten Federringe 87 und 88 (entsprechend 42) an, die sich in Ringnuten
89 und 90 (entsprechend 33) der Synchronisierringe 91 und 92 (entsprechend 21 und
22) befinden.
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Diese haben Längsnuten 93 und Löcher 94 (ähnlich 38 und 39), welche
die Nasen 78 und 79 mit Verdrehspiel eingreifen, und Taschen 95 und 96 als Platz
für die hakenförmigen Enden 43 der Federringe 87 und 88. Die Mitnehmer 80 und 81
haben innen Zähne 97, mit denen sie in die hier längeren Schaltzähne 98 (entsprechend
32) eingreifen. Letztere haben einen Absatz 99, auf dem ein Sprengring 100 sitzt.
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Ähnlich wie im Beispiel 2 sind die Federringe 87 und 88 bei ganz
ausgerücktem Gang frei von den Nasen 78 und 79. Diese haben daher Fasen 101 (entsprechend
49).
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Die Wirkungsweise ist grundsätzlich wie Beispiel 1, trotz der umgekehrten
Anordnung der Nasen.
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Andere Ausführungen sind entsprechend dem Umfang der Patentansprüche
möglich: Ein Zahnrad 1 oder 2 kann eine Welle sein. Die Schaltmuffe 7 kann für zusätzliche
Funktionen, z.B. als Schieberad ausgeführt sein. Die gezeigten Beispiele bzw. deren
Einzelheiten können auch anders als gezeichnet miteinander kombiniert sein. Zwischen
Schaltmuffe und Welle kann die Rastung für die Gänge sein.
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12 Stück Patentansprüche