DE3535103A1 - Vorrichtung zur messung der fuer eine synchronisier-einrichtung in schaltgetrieben, insbesondere von kraftfahrzeugen, relevanten groessen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Messung der für eine Synchronisier-Einrichtung in Schaltgetrieben, insbesondere von Kraftfahrzeugen, relevanten Größen (sog. Synchronisier-Kapazität), mit einem elektromotorischen Antrieb für eine mit dem Antrieb über eine lösbare Kupplung in Drehverbindung stehende vertikale Meßwelle, deren jewei­ lige Drehzahl meßbar und an der das betreffende Gangrad (Getriebe-Zahnrad), einschließlich Synchronisierkonus, befestigbar ist, und mit einer in Achsrichtung der Meßwelle verstellbaren Aufnahme für den zu prüfenden Synchronring, wobei die Anpreßkraft zwischen Synchronring und Synchronisier­ konus durch entsprechende Vertikalverstellung der Aufnahme variierbar ist, und mit einer Meßstelle zur Ermittlung des jeweiligen Drehmoments zwischen Synchronisierkonus und Synchronring.

Bei der Entwicklung von synchronisierten Schaltgetrieben, wie sie üblicherweise in Kraftfahrzeugen zur Anwendung kommen, ist es wichtig, die für die Auslegung der Synchroni­ siereinrichtung (Synchronisierkonus und Synchronring) maß­ geblichen Daten (sog. Synchronisier-Kapazität) möglichst im vorhinein zu kennen. Bisher war es nicht möglich, diese für die Kapazität (Wirksamkeit) einer Synchronisierungs­ einrichtung relevanten Größen (insbesondere Konusmoment, dynamischer Reibwert, Dachmoment) im Originalzusammenbau zu messen und aufzuzeichnen. Die Synchronisierungskapazität konnte bisher nur subjektiv durch Fahrversuche beurteilt werden, wobei der direkte Vergleich, z. B. zwischen zwei geringfügigen Änderungen an den Einzelteilen, Schwierigkeiten bereitete.

Durch die DE-AS 23 19 668 ist - allgemein - ein die eingangs bezeichneten Merkmale aufweisender Reibungs- und Verschleiß- Prüfstand bekannt geworden. Dieser ist jedoch von Aufgaben­ stellung und Aufbau her zur Messung der im Rahmen der vorlie­ genden Anmeldung interessierenden Synchronisier-Kapazität weder vorgesehen noch geeignet. Bei dem bekannten Prüfstand werden vier Stahlkugeln unter hohem Innendruck in einem Druckbehälter bis zum Verschweißen belastet.

Eine andere Prüfvorrichtung zeigt die "Automobiltechnische Zeitschrift" (ATZ) 83 (1981), S. 227ff. Diese bekannte Prüfvorrichtung befaßt sich zwar mit Synchronisiereinrichtun­ gen an Schaltgetrieben. Es handelt sich indessen um einen Prüfstand zur Ermittlung des Synchronringverschleißes in Abhängigkeit von der Schalthäufigkeit. Eine Messung und Dokumentierung der Axialkräfte, verschiedener Geschwindig­ keiten, Temperaturen, des Einflusses verschiedener Öle oder die Messung des auftretenden Dachmomentes ist nicht vorgesehen.

Auch die Veröffentlichung "SAE 68 008" befaßt sich auf Seite 24 (Abb. 48) mit Synchronisiereinrichtungen von Schaltgetrie­ ben. Es wird aber lediglich eine Vorrichtung gezeigt, mit deren Hilfe statische Berstversuche an Synchronringen durchge­ führt werden können. Der eingangs geschilderten Problematik wird damit auch diese bekannte Vorrichtung nicht gerecht.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs bezeichneten Art zu schaffen, mit deren Hilfe es möglich ist, eine schnelle und präzise Messung der für die Wirksamkeit einer Synchronisiereinrichtung wichtigen Größen vorzunehmen, so daß der direkte Vergleich zwischen verschiedenen Maßnahmen ohne größeren Umbauaufwand, wie er etwa bei Vergleichen im Fahrzeug erforderlich wäre, möglich wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der obere Rand eines Ölbehälters, in dem sich ein elektrisch beheiz- und kühlbares Ölbad befindet, als Aufnahme für den Synchronring dient und daß die Aufnahme bis auf einen vergleichsweise geringen Abstand zwischen Synchronring und Synchronisierkonus von vorzugsweise ca. 4 mm manuell verstellbar ist und daß der Restweg der Aufnahme bis zur Anlage des Synchronringes am Synchronisierkonus durch eine Pneumatikvorrichtung vorgenommen wird, deren Druck durch einen Druckregler vorwählbar ist.

Vorzugsweise umfaßt die erfindungsgemäße Vorrichtung einen Steuerschrank zur Steuerung bzw. Regelung sowie zur Anzeige und Überwachung der Meßwellendrehzahl, der Anpreßkraft zwischen Synchronisierkonus und Synchronring, der Hochlauf­ zeit der Meßwelle, der Belastungszeit und der Temperatur des Ölbades, wobei der Steuerschrank - zur Protokollierung sämtlicher Versuchsabläufe - einen U-V-Schreiber enthalten sollte.

Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind aus den Unteransprüchen, der Zeichnung und der nachstehenden Beschreibung zu entnehmen. Die Zeichnung zeigt - schematisch - einen Synchronisier-Kapazitäts-Meßstand, einschließlich Steuerschrank, in Seiten- bzw. Vorderansicht.

Es bezeichnet 10 den als Gußteil oder geschweißte Stahlkon­ struktion ausgeführten Ständer des Meßstandes. Am oberen Ende des Ständers 10 ist ein Elektromotor 11 angeflanscht, bei dem es sich um einen regelbaren Drehstrommotor mit einer Nennleistung von 3 kW bei einer Nenndrehzahl von 1500 U/min handeln kann. Der Elektromotor 11 dient zum Antrieb einer Antriebswelle 12. Die Drehverbindung zwischen der mit 13 bezifferten Motorabtriebswelle und der Antriebswelle 12 wird durch eine elastische Flanschkupplung 14 und eine mit dieser über eine kurze Welle 15 verbundenen Polreibungs­ kupplung 16 hergestellt. Ein unteres Lager der Antriebswelle 12 ist mit 17 bezeichnet. Es befindet sich unmittelbar an der oberen Begrenzungsfläche 18 einer seitlichen Aussparung 19 im Ständer 10. Auf der Antriebswelle 12 - zwischen Lager 17 und Polreibungskupplung 16 - sitzt ein Zahnkranz 20, der mit einem schematisch angedeuteten und mit 21 beziffer­ ten induktiven Drehzahlmesser kämmt. Durch die lösbare Polreibungskupplung 16 kann der Elektromotor 11 an die Antriebswelle 12 an- bzw. von dieser abgekuppelt werden. Im geschlossenen Zustand der Polreibungskupplung 16 treibt der Elektromotor 11 eine auf der Antriebswelle 12 unterhalb des Lagers 17 angebrachte Aufnahme 22 an, an die mit Hilfe von Adapterstücken 23 die jeweiligen Gangräder mit dem Synchronisierkonus angebracht werden können. In der Zeichnung ist ein solches Gangrad (Getriebezahnrad) in montierter Stellung gezeigt und mit 24 bezeichnet. Das Gangrad 24 ist stirnseitig einstückig mit einem Synchronisierkonus 25 verbunden.

Im unteren Bereich des Ständers 10 ist - koaxial zum Elektro­ motor 11 und zur Antriebswelle 12 - ein Hubgerät 26 angeordnet, welches im wesentlichen aus einem in Vertikalrichtung beweg­ baren Schaft 27 einer als Ölbehälter ausgebildeten Aufnahme 28 und einer durch einen Druckregler 29 steuerbaren Pneumatik­ vorrichtung 30 besteht. Das Hubgerät 26 ist durch einen Handhebel 31 in Vertikalrichtung betätigbar, der bei 32 am Ständer 10 und bei 33 am unteren Ende des Hubgerätes 26 jeweils gelenkig angreift. Zur Führung des Schaftes 27 bzw. des gesamten Hubgerätes 26 bei der besagten Vertikal­ bewegung dient eine an der unteren Begrenzungswand 34 der Ständer-Aussparung 19 angeordnete Führung 35.

Die bereits erwähnte, als Ölbehälter ausgebildete und ein Ölbad 36 enthaltende Aufnahme 28 trägt an ihrem oberen Rand einen Synchronring 37, der mit dem Synchronisierkonus 25 des Gangrades 24 zusammenwirkt. An der unteren Stirnseite des Gangrades 24 bzw. des Synchronisierkonus' 25 ist ein Rührflügel 38 montiert, der bei Drehung des Gangrades 24 ständig Öl aus dem Ölbad 36 gegen den Synchronisierkonus 25 fördert und so eine gleichmäßige Ölversorgung desselben während des Versuchs sicherstellt. Der dem Synchronisier­ konus 25 gegenüberliegende Synchronring 37 ist über seine Gleitsteintaschen (nicht gezeigt) in der Aufnahme 28 gegen Verdrehen gesichert. Durch am Umfang der Aufnahme 28 instal­ lierte Heiz- und Kühlelemente 39, 40 kann das Ölbad 36, das zweckmäßigerweise ein Volumen von 220 bis 250 ml aufweist, auf Temperaturen zwischen -10°C bis +160°C gehalten werden.

Durch die bereits erwähnte Vertikalbewegung des Hubgerätes 26 läßt sich die Aufnahme 28, einschließlich Synchronring 37 und Ölbad 36, manuell im vertikalen Abstand zum Gangrad 24 verstellen. Wenn ein Abstand von ca. 4 mm zum Gangrad 24 erreicht ist (Spaltmaß), wird das Hubgerät 26 arretiert. Der restliche Verstellweg, der nötig ist, um den Synchronring 37 am Gangrad 24, d. h. am Synchronisierkonus 25, zur Anlage zu bringen, wird mit Hilfe der bereits erwähnten Pneumatik­ vorrichtung 30 überbrückt. Diese besteht aus einem zylindri­ schen Gehäuse 41, in dem ein druckluftbeaufschlagter Kolben 42 vertikal hin- und herbewegbar angeordnet ist. Der hierdurch zwischen Synchronring 37 und Synchronisierkonus 25 erzeugte Anpreßdruck kann mit dem bereits erwähnten Druckregler 29 vorgewählt werden. Dieser Anpreßdruck ist an einer am Boden 43 der topfförmigen Aufnahme 28 angeordneten Meßstelle 44 abgreifbar. Die Meßstelle 44 dient gleichzeitig zur Messung des Drehmomentes (Reibmomentes) zwischen dem sich drehenden Synchronisierkonus 25 und dem in Drehrichtung stillstehenden Synchronring 37.

Neben dem eigentlichen Meßstand befindet sich ein insgesamt mit 45 bezeichneter Steuerschrank, mit dem alle erforderlichen Funktionen gesteuert und überwacht werden können. Als wichtig­ ste Einrichtung enthält er einen U-V-Schreiber, mit dessen Hilfe sämtliche Versuchsabläufe protokolliert werden.

Der Versuch (Messung der Synchronisier-Kapazität) wird nun wie folgt durchgeführt. Nachdem die zu messenden Teile, Gangrad 24 mit Synchronisierkonus 25 einerseits und Synchron­ ring 37 andererseits, ausgewählt und in ihren für den Versuch wichtigen Maßen kontrolliert wurden, können sie in den jeweiligen Aufnahmen - 22 bzw. 28 - des Meßstandes montiert werden. Das vorgeschriebene Öl wird in entsprechender Menge in die als Ölbehälter ausgebildete Aufnahme 28 eingefüllt und auf eine Betriebstemperatur von +80° C aufgeheizt.

Mit Hilfe des Hubgerätes 26 wird nun die topfförmige Aufnahme 28 mit dem in die Halterung eingelegten Synchronring 37 bis auf ca. 4 mm unter das Gangrad 24 angehoben und in dieser Stellung arretiert. Anschließend wird über den Steuer­ schrank 45 die Polreibungskupplung 16 geschlossen, so daß der Elektromotor 11 das Gangrad 24 auf die vorgewählte Drehzahl beschleunigt. Nach einer Hochlaufzeit von ca. 1,5 Sekunden hat sich die Drehzahl stabilisiert. Mittels der Pneumatikvorrichtung 30 wird nun der Synchronring 37 mit einer vorher am Druckregler 29 vorgewählten Axialkraft gegen das Gangrad 24 bzw. gegen den Synchronisierkonus 25 gepreßt. Hierbei sollten in der Regel Werte zwischen 100 und 1000 N eingestellt werden. Nach dem Erreichen der vorgewählten Anpreßkraft wird über die Steuerung (Steuer­ schrank 45) die Polreibungskupplung 16 geöffnet und der gesamte Verband durch die zwischen Gangrad 24 und Synchronring 37 aufgebrachte Bremswirkung auf eine Drehzahl n = 0 verzögert. Eine Abschaltung über eine vorgewählte Zeit ist möglich.

Das Trägheitsmoment der abgebremsten Massen ist veränderlich. Um die ermittelten Abbremszeiten mit Synchronisierzeiten vergleichen zu können, muß natürlich noch das jeweilige Übersetzungsverhältnis des Schaltgetriebes in die Berechnung eingehen.

Während des gesamten Ablaufs des Versuchs werden der Drehzahl­ verlauf, die Axialkraft und das am Synchronisierkonus 25 auftretende Reibmoment über einen U-V-Schreiber, der in den Steuerschrank 45 integriert ist, protokolliert. Nach Auswertung der Protokolle und grafischer Darstellung der ermittelten Werte lassen sich direkte Vergleiche zwischen verschiedenen Maßnahmen bzw. Änderungen an den Synchronisier­ einrichtungen anstellen.

Ein wesentlicher Vorteil dieser Methode liegt in der Möglich­ keit, aus den gemessenen Synchronisierkonus-Drehmomenten und mit Hilfe einer einfachen Formel direkt den dynamischen Reibwert zu errechnen. Umfangreiche Basismessungen haben die Genauigkeit und Reproduzierbarkeit der Meßergebnisse bewiesen.

Claims (10)

1. Vorrichtung zur Messung der für eine Synchronisier-Ein­ richtung in Schaltgetrieben, insbesondere von Kraft­ fahrzeugen, relevanten Größen (sog. Synchronisier-Kapa­ zität), mit einem elektromotorischen Antrieb für eine mit dem Antrieb über eine lösbare Kupplung in Drehver­ bindung stehende vertikale Meßwelle, deren jeweilige Drehzahl meßbar und an der das betreffende Gangrad (Getriebe-Zahnrad), einschließlich Synchronisierkonus, befestigbar ist, und mit einer in Achsrichtung der Meßwelle verstellbaren Aufnahme für den zu prüfenden Synchronring, wobei die Anpreßkraft zwischen Synchron­ ring und Synchronisierkonus durch entsprechende Vertikal­ verstellung der Aufnahme variierbar ist, und mit einer Meßstelle zur Ermittlung des jeweiligen Drehmoments zwischen Synchronisierkonus und Synchronring, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Rand eines Öl­ behälters (28), in dem sich ein elektrisch beheiz- und kühlbares Ölbad (36) befindet, als Aufnahme für den Synchronring (37) dient und daß die Aufnahme (28) bis auf einen vergleichsweise geringen Abstand zwischen Synchronring (37) und Synchronisierkonus (25) von vorzugsweise ca. 4 mm manuell verstellbar ist und daß der Restweg der Aufnahme (28) bis zur Anlage des Synchronringes (37) am Synchronisierkonus (25) durch eine Pneumatikvorrichtung (30) vorgenommen wird, deren Druck durch einen Druckregler (29) vorwählbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Synchronring (37) mittels seiner Gleitsteintaschen gegenüber dem als Aufnahme (28) dienenden oberen Rand des Ölbehälters gegen Verdrehen gesichert ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Drehverbindung zwischen Elektromotor (11) und Meßwelle (12) eine unlösbare elastische Flanschkupplung (14) und - dieser nachgeord­ net - eine (lösbare) Polreibungskupplung (16) dient.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur manuellen Vertikalver­ stellung der Aufnahme (28) ein Hubgerät (26) vorgesehen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Hubgerät (26) einen manuell in Vertikalrichtung verstellbaren Schaft (27) besitzt, an dessen oberem Ende der die Aufnahme (28) für den Synchronring (37) bildende Ölbehälter ange­ ordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Pneumatikvorrichtung (30), einschließlich Druckregler (29), in den Schaft (27) des Hubgerätes (26) - zwischen dessen Handbetäti­ gungsvorrichtung (31-33) und der als Ölbehälter ausgebil­ deten Aufnahme (28) - zwischengeschaltet ist.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Boden (43) des Ölbehälters (28) - im Bereich der Verbindungsstelle zwischen Ölbe­ hälterboden (43) und Hubgeräteschaft (27) - eine Meß­ stelle (44) zur Messung der Axialkraft und des Reibungs­ drehmoments, die zwischen Synchronisierkonus (25) und Synchronring (37) wirksam sind, angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an der dem Ölbad (36) zugewandten Stirnseite des an der Meßwelle (12) montier­ ten Gangrades (24) ein Rührflügel (38) zur Förderung von Öl aus dem Ölbad (36) gegen den Synchronisierkonus (25) befestigbar ist.

9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Steuerschrank (45) zur Steuerung bzw. Regelung sowie zur Anzeige und Überwa­ chung der Meßwellendrehzahl, der Anpreßkraft zwischen Synchronisierkonus (25) und Synchronring (37), der Hochlaufzeit der Meßwelle (12), der Belastungszeit und der Temperatur des Ölbades (36).

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerschrank (45) - zur Protokollierung sämtlicher Versuchsabläufe - einen U-V-Schreiber enthält.