DE3039231A1

DE3039231A1 - Sperr-synchronisierung fuer getribeschaltung

Info

Publication number: DE3039231A1
Application number: DE19803039231
Authority: DE
Inventors: Walter Dipl.-Ing. 7990 Friedrichshafen Griesser
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1980-10-17
Filing date: 1980-10-17
Publication date: 1982-04-29
Also published as: ZA816344B; IT1142815B; FR2492486A2; GB2085984A; BR8106679A; DE3039231C2; IT8149285A0

Description

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Die Erfindung betrifft eine Sperr-Synchronisierung wie sie beispielsweise bei Kraftfahrzeuggetrieben zum synchronen Schalten der Gänge Verwendung findet.

Wenn in einem Getriebe aus einem. Gang in einen anderen Gang geschaltet wird, so müssen zwei sich mit unterschiedlichen Drehzahlen drehende Teile über ein axial verschiebliches drittes Teil zusammengekoppelt werden. Diese zwei sich drehenden Teile nachfolgend Synchronkörper und Zahnrad genannt - weisen bei bekannten Synchronisierungen jeweils eine Kupplungsaußenverzahnung auf, in welcher eine Kupplungsinnenverzahnung des sie zu verbindenden dritten Teiles - nachfolgend Schiebemuffe genannt - eingreift. Wird nun diese Schiebemuffe, welche beispielsweise mit dem nicht drehenden Synchronkörper in Eingriff steht, über die Außenverzahnung des Zahnrades geschoben, so findet bei stirnseitigen Auftreffen der beiden Zahnkränze ein übereinanderratschen der Verzahnung statt, was außer einer sehr starken unangenehmen Geräuschbildung zur Beschädigung dieser Verzahnung führt.

Um ein solches Kupplungsgeräusch und eine entsprechende Beschädigung zu vermeiden, ist es bekannt, eine Synchronisierung zu verwenden, welche die beiden zu kuppelnden Elemente erst synchronisiert, also auf gleiche Drehzahl bringt, wonach die Schiebemuffe leicht in die entsprechende Zahnrad-Kupplungs-Verzahnung eingeschoben werden kann.

Gemäß dem Stand der Technik - ZF-B-Sperrsynchronisierung/ Druckschrift 42290/R 2964-367 vom März 1967 - wird dies mit Hilfe

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eines sogenannten Synchronringes verwirklicht, welcher zwischen dem zu kuppelnden Synchronkörper und dem Zahnrad angeordnet ist, wobei er einerseits in "Drehmitnahme" mit dem Synchronkörper steht und andererseits mit dem Zahnrad eine Reibkupplung bildet. Desweiteren weist der bekannte Synchronring ebenfalls eine Kupplungs- Außenverzahnung auf, welche im wesentlichen die gleiche Gestaltung besitzt, wie die Kupplungs-Außenverzahnung der anderen beiden Teile - Synchronkörper und Zahnrad - . Außerdem sind im Synchronkörper mehrere, sogenannte Kugelbolzen und Druckstücke am Umfang axial verschiebbar vorgesehen, wobei ■ der Kugelbolzen noch radial federnd angeordnet ist. Die Kugelbolzen greifen in eine ringförmige Ausnehmung am Innendurchmesser in der Schiebemuffe ein, wodurch die Schiebemuffe in einer bestimmten Position praktisch zentriert ist.

Wird nun die Schiebemuffe bei einem Schaltvorgang axial verschoben, so wird sie zwangsläufig bei ihrer Verschiebebewegung den Kugelbolzen und das Druckstück in axialer Richtung mitnehmen, wobei das Druckstück axial auf den Synchronring drückt. Der Synchronring wird damit zum Zahnrad hin verschoben, wodurch die gemeinsame Reibkupplung geschlossen wird. Dabei weicht der Synchronring tangential in Richtung der Relativdrehzahl aus, bis zu einem Anschlag im Synchronkörper, wodurch die Verzahnung des Synchronringes ein Hindurchgleiten der Schiebemuffe in Richtung auf die zweite Kupplungs-Verzahnung hin verhindert. Erst wenn Gleichlauf vorhanden ist kann die Schiebemuffe durch die Synchronring-Verzahnung hindurch weitergeschoben werden, wobei gleichzeitig der Kugelbolzen radial einwärts gedrückt wird.

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ORIGINAL INSPECTED

Die Sperr-Synchronisierung mit Hilfe dieses bekannten Synchronringes ist durch die Verzahnung dieses Ringes einschließlich Sperrschrägen und Hinterrollung recht aufwendig. Desweiteren muß an der Schiebemuffe eine relativ große Schaltkraft angesetzt werden, um eine entsprechende Kraft für die Synchronkupplung zu erhalten. ₍

Um eine Kupplungskraft-Verstärkung zu erhalten ist bekannt, die Synchronisierung mit einer Doppelkegel-Reibungskupplung am Synchronring vorzusehen. Damit wäre jedoch unter Verwendung von mehr Bauteilen und bedeutend größerem Platzbedarf nur eine Kraftverstärkung 'nicht einmal auf das doppelte möglich.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Sperr-Synchronisierung nach dem Oberbegriff vom Anspruch 1 zu schaffen, bei welcher auf einfachste und billigste Weise eine Sperrung der Schiebemuffe bis zum synchronen Laufen der beiden zu kuppelnden Teile unter gleichzeitiger Verstärkung der axial wirkenden Kupplungskraft ' erreicht wird, wobei der Platzbedarf gegenüber bestehenden Syn- ' chronisierungen sich nicht erhöhen soll. Weiter soll die Möglichkeit bestehen, schon eingebaute Synchronisierungen durch eine erfindungsgemäße Synchronisierung einfach und rasch auszutauschen, wobei auf die Anwendbarkeit für alle synchronisierten Getriebe geachtet werden soll.

ν Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung mit einer Sperrsyn-

chronisierung mit den Merkmalen des Anspruch 1 gelöst.

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Mit diesem Zusatz wird die P 29 15 965.7-12 in vorteilhafter Weise weiterentwickelt. In der genannten Schrift sind in ümfangsrichtung am Synchronring nach außen und am Sperrkörper nach innen weisende und ■'--" zusammenwirkende Schrägflächen angeordnet, die bei unterschiedlicher Drehzahl zwischen dem Synchronkörper und dem zu kuppeln-

den Zahnrad das Einkuppeln der Schiebemuffe in das Zahnrad sperren und bei Drehzahlangleich freigeben. Weiter sind an den gleichen Teilen - Sperrkörper und Synchronring - jeweils eine weitere Kontaktstelle angeordnet die zusammenwirken und über welche die von der Schaltmuffe auf den Sperrkörper geleitete Kraft zum Synchronisieren verstärkt und auf den Synchronring übertragen wird. --■ -·"■

Obwohl durch diese Anordnung eine sehr gute Verstärkungswirkung für die Synchronisierung erreicht und auch eine sichere Sperrwirkung bei unterschiedlichen Drehzahlen -Vom Zahnrad und Synchronkörper erzielt wird, sind die Reibverluste bei einer Schal-—-tung zwar günstiger wie beim bekannten Stand der Technik aber dennoch relativ hoch. - ' _-

Die Anordnung nach diesem Zusatz soll deshalb besonders dazu

führen, daß die überschiebekraft nach der. Erreichung des "» Gleichlaufes verbessert wird.

In Folge der Reduzierung auf nun eine Kontaktstelle zwischen Sperrkörper und Synchronring,über die sowohl die axial wirkende Andrückkraft wie auch die radial-tangential wirkende Sperrkraft übertragen wird; ist es möglich die Reibung besonders bei

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ORIGINAL INSPECTED

der Entsperrung und beim überschieben zu reduzieren. Da bei der Zusammenlegung auf nur eine ^Kontaktstelle die Normalkraft windschief zur Achsrichtung im Raum verläuft, ergibt sich weiterhin eine Reduzierung der Reibung, so daß eine geringere Schaltkraft benötigt wird und damit die Schaltung leichter und gleichmäßiger bei voller Funktionssicherheit während des Sperrvorganges möglich ist.

Durch entsprechende Auslegung der Berührungsgeometrie und des Dachwinkels am Sperrkörper evtl. auch am Druckstück können Verstärkungswirkung, Sperrwirkung und überSchiebewirkung der Synchronisierung unabhängig voneinander optimiert werden. Dies ist bei LameIlensynchronisierungen von besonders großer Bedeutung, weil für deren Unterbringung relativ wenig Platz zur Verfügung steht und immerhin etwa neun Reibpaarungen nötig sind,um die Reibwirkung einer etwa gleich großen Konussynchronisierung zu erzielen.

Eine weitere Verringerung der Reibung kann dann erzielt werden, wenn die Wirkflächen am Sperrkörper und am Synchronring gekrümmt sind, weil dadurch der EntSperrvorgang erleichert wird.

Werden die Wirkflächen als Rotationsflächen ausgebildet, ist darüberhinaus noch eine günstige und relativ einfache Herstellung möglich, besonders dann,wenn am Synchronring diese Rotationsfläche an Warzen, die in axialer Richtung nach dem Sperrkörper zu vorstehen, angeordnet sind.

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Sind diese Rotationsflächen kegelförmig, wie sie sich bei Warzen am Synchronring als Kegel- oder Kegelstumpf ergeben, ist die Geometrie sehr einfach und besonders leicht herzustellen wobei jedoch eine relativ kleine Berührungsfläche theoretisch Punktberührung - in Kauf genommen werden muß.

Soll eine geringere Pressung erreicht werden, so ist es zweckmäßig die Warzen am Synchronring wie auch die Wirkfläche am Sperrkörper als einschalige Hyperboloide zu gestalten, die beim gegenseitigen Andruck theoretisch zu einer Linienberührung und praktisch zu einer größeren Flächenberührung, verglichen mit einer kegeligen Ausbildung,führen. -----

Werden ergänzend zu den Sperrkörpern im Synchronkörper am Umfang verteilt, noch radial gefederte Druckstücke in geeigneter Weise angeordnet, ist es möglich, das Ansynchronisieren zu beschleunigen und den überschiebeweg der Schiebemuffe zu reduzieren. Weiter wird die Sperrwirkung noch sicherer gestaltet, so lange noch kein Gleichlauf zwischen den Synchronkörper und dem Zahnrad erreicht ist.

Diese einfache Ausgestaltung mit nur jeweils einer Wirkfläche am Sperrkörper und Synchronring kann sowohl für'die .' ■ / Konus- wie auch für die Lamellensynchronisierung und dazu noch ') in einem gleich großen Bauraum verwirklicht werden.

Durch geeignete Gestaltung der Geometrie an den Berührungsflächen der Synchronisierung kann der Verschleißausgleich wie

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ORIGINAL INSPECTED

in der P 29 15 965. 7-1_2 _schon dargestellt, ebenfalls erzielt werden und die Kraftverstärkung ist nicht nur während des Synchronisier- sondern auch während des Entsperrvorganges wirksam.

Neben der Erfüllung der speziellen Aufgabe, werden mit der Lösung nach dem Hauptanspruch und der vorteilhaften weiteren Ausgestaltung die Hauptforderungen an eine Sperrsynchronisierung

- Aufrechterhalten des Sperrzustandes während der Phase

des Drehzahlausgleiches und

- möglichst leichtgängiges Entsperren beim Synchronlauf in optimaler Weise erfüllt.

Im folgenden werden weitere Einzelheiten der Erfindung an Ausführungsbeispielen und anhand von Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen axialen Schnitt durch eine Sperrsynchronisierung nach der Erfindung in einer ersten Ausführung,

Fig. 2 einen Schnitt nach den Linien II - II aus Fig. 1,'

Fig. 3 einen vereinfachten axialen Schnitt durch eine Sperrsynchronisierung nach der Erfindung in einer weiteren Ausführung,

Fig. 4 einen vereinfachten Schnitt gemäß Fig. 2 nach Fig. 3, Akte 5724 F

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Fig. 5 einen axialen Schnitt durch eine Sperrsynchronisierung mit einem Druckstück,

Fig. 6 eine schematische Darstellung eines Synchronisierringes mit der am Umfang verteilten Anordnung "der Sperrkörper und Druckstücke,

Fig. 7 ein Synchronisierring im axialen Schnitt mit der Darstellung der Reibkupplungen. "'

Wie aus, Fig. 1 und 2| ersichtlich, besteht-die Sperrsynchronisierung aus einer Schiebemuffe 1 die mit einem Synchronkör- · per 2 über eine Verzahnung 11, 21 dauernd drehfest verbunden ist. Der Synchronkörper 2 ist weiter mit einer Welle - nicht gezeichnet - vorrangig der Abtriebswelle, dreh- und axialfest verbunden und trägt in Ausnehmungen die Sperrkörper 3. Mindestens ein Zahnrad 5 ist axialfest aber drehbar auf diesem Synchronkörper angeordnet. Zwischen Zahnrad 5 und Sperrkörper 3 ist der Synchronring 4 in Aussparungen 22 des Synchronkörpers 2 so ange- , _■-ordnet, daß die Wirkflächen 42 der konischen Warzen 41 die an der Ringfläche 43 des Synchronringes 4 in Richtung auf den Sperrkörper 3 zu vorstehen, mit der Wirkfläche 32 am Kegelmantel 33_ in Berührung kommen können. Der Sperrkörper 3 ist in radialer Richtung gefedert 37 und nach außen zu dachförmig 38 gestaltet mit einem Dachwinkel d und ragt in eine entsprechend gestaltete Einfräsung 12 an der Schiebemuffe 1 hinein. Die beiden,jedem Sperrkörper 3 zugeordneten Warzen 41 des Synchronringes 4 ermöglichen eine.tangentiale Relativbewegung

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dieses Synchronringes, gegenüber dem Synchronkörper 2 und sind im Abstand so angeordnet, daß in den beiden Endstellungen die Schaltung gesperrt und in der Mittelstellung freigegeben ist.

Fig. 3 und 4 sind vereinfacht dargestellt und entsprechen im Prinzip den Figuren 1 und 2, mit dem Unterschied, daß die Wirkflächen 45 an den Warzen 41' des Synchronringes 4' und auch die den Warzen 41' zugekehrte Wirkfläche 35 (Mantelfläche 36) des Sperrkörpers 3¹ als ein einschaliges Hyperboloid ausgebildet sind.

In Fig. 3 ist ein axialer Schnitt - ähnlich Fig. 1 - durch eine Sperrsynchronisierung dargestellt, mit einem Druckstück und einem in radialer Richtung breiteren Synchronring 4¹¹. '

Aus Fig. 6 ist erkennbar, wie die Sperrkörper 3, 3* und die Druckstücke 6 am Umfang - z. B. je drei Stück - der Synchronisierung und auch die dem Sperrkörper 3, 3" zugeordneten Warzen 41, .41 · am Synchronring 4, 4¹ angeordnet sein können.

Fig. "3*1 ist ein axialer Schnitt durch einen Synchronring 4, 4' mit einem Konus 46 als Synchronisierungsfläche und einem Konus 42 als Wirkfläche an der Warze 41 - obere Hälfte - und einer Lamellensynchronisierung - Lamellenträger 47 - und einem einschaligen Hyperboloid 45 als Wirkfläche an der Warze 41' - untere Hälfte.

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Wird die Schiebemuffe 1 ζ. B. in Richtung auf das Zahnrad 5 zu .bewegt, wird der Sperrkörper 3, 3' in gleicher Richtung ausgeschwenkt und synchronisiert an - Konus 46 am Synchronring 4 und Konus 51 am Zahnrad berühren sich leicht - . Der Weg bis zum Ansynchronisieren kann wesentlich verkürzt und die Zeit kann ebenfalls verkürzt werden, wenn das Ansynchronisieren

über Druckstücke 6 (Fig. 5) erfolgt, weil dann der.Axialweg die

Schiebemuffe infolge des geringen radialen und axialen Abstandes zum Synchronring 4'· sich fast vollständig auf den Synchronring 4¹¹ überträgt.

Bei einer unterschiedlichen Drehzahl zwischen Synchronkörper 2 auch Schiebemuffe 1, Sperrkörper 3, Druckstück 6 und im Prinzip auch Synchronring 4, 4 ·, 4" - und dem Zahnrad 5 führt der Synchronring sofort eine Relativbewegung in ümfangsrichtung zur Lage des Sperrkörpers 3, 3' aus und die Wirkflächen 32, 42 bzw. 35, 45 kommen zur Anlage.

In dieser Stellung ist der Fortgang der Schaltung gesperrt, über den weiteren Schaltdruck - Schaltkraft - an der Schiebemuffe 1 in axialer Richtung, wird entsprechend dem Hebelverhältnis Schiebemuffe/Drehpunkt vom Sperrkörper und Drehpunkt vom Sperr- . körper/Berührungspunkt der Wirkflächen,ζ. B. 32, 42 diese Schaltkraft zum Synchronisieren verstärkt. Dies ist dann von besonderem Vorteil, wenn die Synchronisierflächen durch Lamellen gebildet werden, wie es Fig. 7 zeigt. Sind Druckstücke 6 verwendet worden/ können diese während dieses Vorganges und auch später - beim Fortgang der Schaltung - in radialer Richtung nach innen zu ausweichen. Wird durch diesen. Vorgang Gleichlauf erreicht, überwiegt

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ORIGJNAL fNSPECTED

der Schaltdruck - die Schaltkraft - und der Sperrkörper 3, 3¹ wird radial nach innen gedrückt, wobei der Synchronring 4,4' gleichzeitig über die Wirkflächen tangential verdreht wird, so daß die Sperrkörper 3, 3¹ etwa in die Mitte zwischen den Warzen 41, 41' zu liegen kommen.

Nunmehr kann die Schiebemuffe 1 mit ihrer Verzahnung 11 die formschlüssige Verbindung zwischen den Kuppe!verzahnungen 21 des Synchronkörpers 2 und der Kuppelverzahnung 53 des Zahnrades herstellen.

Wie leicht zu erkennen ist, wird diese Schaltkraft nicht nur zum Zweck der Synchronisierung, sondern auch noch für den überschiebevorgang verstärkt.

Während durch den Dachwinkel am Sperrkörper 3, 3' und durch die Berührungsgeometrie - Gestaltung der Wirkflächen am Sperrkörper und Synchronisierring - ein erheblicher Einfluß auf die Verstärkungs- Sperr- und überschiebewirkung ausgeübt werden kann, sind die Federn 37, 67 im Prinzip nur für die radiale Zurückführung vom Sperrkörper 3, 3' und Druckstück 6 in der Neutrallage der Schiebemuffe 1 notwendig.

Diese Erfindung ist nicht allein auf die dargestellten Beispiele entsprechend der Figuren 1 bis 7 begrenzt. Z. B. kann mit Rücksicht auf die Bedingungen an den Wirkflächen deren Gestaltung so erfolgen, daß z. B. der Achsmittelpunkt der Warzen 41 nicht auf dem Synchronring 4 zu liegen kommt, oder auch der gesamte Größtdurchmesser der Warzen wesentlich größer ist als die Breite des Synchronringes. Dies kann besonders dann eintreten, wenn auch die Bedingungen des Verschleißausgleiches bei der Gestaltung der Wirkflächen mit berücksichtigt werden muß. '

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Claims

ZAHNRADFABRIK FRIEDRICHSHAFEN Aktiengesellschaft
Friedrichshafen

Sperr-Synchronisierung für Getriebeschaltung

Patentansprüche

1 Λ Sperr-Synchronisierung für Getriebeschaltungen, bei welcher zwei mit unterschiedlicher Drehzahl rotierende, konzentrisch angeordnete Teile, 3. B. ein Synchronkörper und ein Zahnrad, mit Hilfe einer axial verschiebbaren, ringförmigen Schiebemuffe bei Gleichlauf formschlüssig zusammengekoppelt werden, wobei eine Kupplungs-Innenverzahnung der Schiebemuffe in je eine entsprechende Kupplungs-Außenverzahnung der beiden rotierenden Teile eingreift, mit im Synchronkörper radial geführten und federbelasteten Sperrkörpern, welche in eine ringförmige Ausnehmung an der Innenseite der Schiebemuffe eingreifen, axial verschiebbar sind und mit einem Synchronring, welcher axial zwischen den beiden Teilen angeordnet ist und mit dem Synchronkörper im Prinzip die gleiche Drehbewegung ausübt* wobei' Teile des Zahnrades mit Teilen des Synchronringes gemeinsam eine kraftschlüssige Kupplung bilden,

dadurch gekennzeichnet, daß an dem im Synchronkörper (2) angeordnete Sperrkörper (3) wie auch an dem Synchronring (4) für die übertragung der

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axialen Andrück-und der radial-tangentialen Sperrkraft bei Nichtsynchronismus nur eine Wirkfläche (32, 35, 42, 45} angeordnet ist.
2. Sperr-Synchronisierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirkflächen (32, 35, 42, 45) an dem Sperrkörper (3) wie auch an dem Synchronring (4) gekrümmt sind.
3. Sperr-Synchronisierung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gekrümmten Wirkflächen (32, 35, 42, 45) Rotationsflächen sind.
4. Sperr- Synchronisierung nach einem der vorgenannten Ansprüche,

dadurch gekenn ze i c h η e t , daß die Wirkflächen (42, 45) am Synchronring (4) an Warzen (41, 41') die an der zum Sperrkörper (3) zu liegenden Ringfläche (43) vorstehend angeordnet und je zwei Warzen (41) einem Sperrkörper (3) zugeordnet sind.
5. Sperr-Synchronisierung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die vorstehenden Warzen (41, 41') am Synchronring (4) die Form eines Kegels bzw. eines Kegelstumpfes (41) haben.

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6. Sperr-Synchronisierung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die vorstehenden Warzen (41, 41') am Synchronring (4) die Form eines einschaligen Hyperboloides (41') haben.
7. Sperr-Synchronisierung nach einem der vorgenannten , Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel des Sperrkörpers (3) in der.Richtung auf die Warzen (41, 41') des Synchronringes (4) zu die Form eines Kegelmantels (33) oder eines einschaligen Hyperboloides (36)
8. Sperr-Synchronisierung nach einem der vorgenannten Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß neben dem im Synchronkörper (2) angeordneten und auf den Umfang verteilten Sperrkörpern (3) auch noch Druckstücke (6) vorhanden sind.
9. Sperr-Synchronisierung nach einem der vorgenannten Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß die synchronisierende Reibkupplung eine Konuskupplung (46, 51) ist.
10. Sperr-Synchronisierung nach einem der vorgenannten Ansprüche 1 bis 8,

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dadurch gekennzeichnet, daß die synchronisierende Reibkupplung eine^J'Lamellenkupplung (47) ist.

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