DE3621085A1 - Synchronkupplung fuer getriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Synchronkupplung für Getriebe, insbesondere einen Kupplungstyp mit axial gegenüberliegenden Sperr-Ringen. Die Ringe haben gegenüberliegende Reibflächen zum Eingriff in gleiche Flächen an Klauenkupplungen selektiver Zahnräder, die um eine gemeinsame Welle in einem Getriebegehäuse rotieren. Die Erfindung betrifft insbesondere Federstifte zur Erleichterung des Eingriffs solcher Reibflächen aufgrund einer selektiven Betätigung einer handbetätigten Schaltung.

Synchronisierkupplungen dieses Typs sind bei mittelgroßen Getrieben bekannt. Solche Kupplungen sind in der Lage, die Kupplungsklauen zu synchronisieren vor dem Kontakt mit und Eingriff in die Zahnräder, um eine Schaltung ohne ein Aufeinanderprallen der Zahnräder zu erreichen. Die Federstifte erleichtern den Eingriff der Sperr-Ringe durch anfäng­ liches und elastisches Bewegen der Reibflächen in Eingriff unter einer relativ niedrigen Kraft aufgrund der anfänglichen Eingriffsbewegung des Getriebe-Schaltmechanismus. Die meisten der mit Federstiften arbeitenden Systeme, wie sie gegenwärtig benutzt werden, bestehen aus einer Vielzahl von Teilen mit separaten Stiften und Federelementen. Die bisherigen Feder­ stifte werden aus Preßteilen hergestellt und benötigen einen nachfolgenden Zusammenbau aus verschiedenen Komponenten. Ferner ist die Dauerfestigkeit bisher bekannter Federstifte relativ niedrig.

Die Federstifte nach der Erfindung haben einen einteiligen Körper aus Federstahl und sind damit beträchtlich einfacher herzustellen als die bisherigen Federstifte. Bereits die Verwendung von Federstahl verbessert beträchtlich die Dauerfestigkeit, z. B. bis herauf zu 400 000 Lastwechseln. Vorzugsweise werden die Federstifte für ein doppelt wirkendes Synchronisier- Kupplungssystem eingesetzt, das zwei axial gegenüberliegende Sperr-Ringe mit axial fluchtenden Bohrungen hat zur Aufnahme entsprechender Enden der Federstifte. Der Federstift bildet einen langgestreckten S-förmigen Körper, wobei jedes Ende von diesem einen eingebuchteten Abschnitt hat sowie einen Schenkelabschnitt im Abstand von dem eingebuchteten Abschnitt in der nor­ malen, nicht-belasteten Position. Gegenüberliegende, nach außen sich er­ streckende Schenkelabschnitte des Federstiftes enthalten jeweils zweck­ mäßigerweise ein Paar symmetrisch angeordneter Zähne oder Nasen, die zwischen den Enden des Federstiftkörpers zum Eingriff mit einem Schalt­ flansch angeordnet sind. Der Flansch ist direkt mit einem Schaltmechanismus gekoppelt und er wird manuell betätigt, um eine Synchronisierung und nachfolgenden Zahnradeingriff zu bewirken.

Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert, in der

Fig. 1 einen Teilschnitt durch ein Getriebe zeigt, das eine doppelt­ wirkende Kupplungs-Synchronisiereinrichtung aufweist, in welcher die Erfindung verwendet wird.

Fig. 2 zeigt vergrößert im Schnitt das doppelt-wirkende Synchronisier- System nach Fig. 1.

Fig. 3 zeigt vergrößert im Detail einen Federstift, wie er in der Synchroni­ siereinrichtung nach den Fig. 1 und 2 verwendet wird.

Fig. 4 zeigt einen Schnitt des Federstiftes nach Fig. 3 längs der Linien 4-4 von Fig. 3.

Fig. 1 zeigt ein Getriebe 10, das nur teilweise dargestellt ist, und das mit einer bevorzugten Ausführungsform eines doppeltwirkenden Synchronisier- Kupplungssystems 20 versehen ist, das separat in Fig. 2 dargestellt ist. Das Getriebe 10 hat eine drehbare Hauptwelle 12, auf der koaxial Zahn­ räder 14 und 16 angeordnet sind. Beide Zahnräder 14 und 16 sind drehbar auf individuellen Lagern 18 und 19 auf der Welle 12 eingebaut. Das Lager 18, welches das Zahnrad 14 abstützt, ist z. B. ein Kegelrollenlager, während das Lager 19, auf welchem das Zahnrad 16 abgestützt ist, z. B. ein Gleitlager ist.

Das doppeltwirkende Synchronisiersystem 20, wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt, hat einen linken und einen rechten Sperr-Ring 22 und 24, die vorzugsweise aus Bronze bestehen, um den Verschleiß gering zu halten. Die Ringe 22 und 24 sind fest miteinander verbunden durch drei am Umfang in Abständen ange­ ordneten Arretierstiften 26, von denen nur einer gezeigt ist, die sich axial zwischen den Ringen erstrecken. In Umfangsrichtung und in gleich­ mäßigen Abständen zwischen jedem Paar der Arretierstifte ist ein Feder­ stift 40 angeordnet, von denen nur einer gezeigt ist, wie noch beschrieben wird. Jeder der Sperr-Ringe 22, 24 hat eine innere kegelstumpfförmige Reib­ fläche 28 und jedes Zahnrad 14, 16 hat eine Klauenkupplung 6, 8, die ent­ sprechend koaxial zu den Zahnrädern angeordnet sind. Jede Klauenkupplung hat eine äußere kegelstumpfförmige Reibfläche 30, zum Eingriff mit einer der Reibflächen 28 der beiden Sperr-Ringe.

Symmetrisch zwischen den Sperr-Ringen 22 und 24 ist eine Kupplungsmuffe 32 angeordnet, mit einer Innenverzahnung, die auf einer Außenverzahnung der Hauptwelle 12 sitzt, wie bei 12′ gezeigt ist. Ein Schaltflansch 34 ist fest mit der Kupplungsmuffe 32 gekoppelt mit Hilfe von Schnappringen 38, die den Flansch 34 axial auf der Muffe 32 halten. In der bevorzugten Ausführungsform sind sechs Öffnungen gleichmäßig und im Umfangsrichtung in Abständen in dem Flansch 34 ausgebildet zur Aufnahme bzw. Anpassung an die drei Sperrstifte 26 und die drei Federstifte 40.

Jede Kupplungsklaue 6 und 8 hat einen Satz innerer Kupplungszähne 42, die selektiv mit äußeren Kupplungszähnen 44 an der Kupplungsmuffe 32 ein­ greifen können. Die Kupplungsmuffe wird aus ihrer dargestellten neutralen Position mittels einer manuell betätigten Schaltgabel 46 bewegt bzw. ge­ schaltet, welche axial längs einer Schaltstange 47 durch den Fahrer des Fahrzeugs verschiebbar ist.

Wie Fig. 2 zeigt, ist jeder Federbügel oder Federstift 40 in einem Paar fluchtender Ausnehmungen 48 positioniert, von denen jede jeweils ein Ende 50 eines Federstiftes 40 aufnimmt. Ferner hat jeder Federstift 40 ein gegenüberliegendes Paar von Rasten oder Nasen 52, die etwa in der Mitte auf jedem der langgestreckten Stiftabschnitte ausgebildet sind, um elastisch den Schaltflansch 32 gegen eine axiale Bewegung zwischen den Schaltvorgängen zu halten. Wie Fig. 2 weiter zeigt, hat jede Ausnehmung 36 des Schaltflansches 34 eine Abschrägung oder eine Fase, die eine Nocken­ kontaktfläche 54 bildet für eine entsprechende Abschrägung 56 an jedem der Sperrstifte 26, wobei die abgeschrägten Flächen innerhalb einer Nut 37 an jedem der Stifte 26 liegen, wie dargestellt.

Anhand der Fig. 1 und 2 wird nun die Arbeitsweise der Synchronisier­ kupplung 20 beschrieben.

Bei einer Verschiebung der manuell betätigten Schaltgabel 46, entweder nach rechts oder nach links, stoßen die Nockenflächen 54 an den drei Öffnungen 36, die in Kontakt mit einem der Federstifte 40 stehen, ent­ weder gegen die linke oder die rechte Kante der sich gegenüberliegenden Nasen 52 von jedem der Federstifte 40 an. Insoweit eine Bewegung nach links oder nach rechts zu umgekehrt identischen Ergebnissen führt, wird die Wirkungsweise des Kupplungssystems 20 nur mit Bezug auf die Linksbewegung der Schaltgabel 46 beschrieben.

Eine volle Linksbewegung der Schaltgabel 46 führt, wie bekannt, zu einem Eingriff bzw. einer Verbindung des Zahnrades 14 mit der Welle 12, die vorher im allgemeinen mit unterschiedlichen Drehzahlen rotieren. Der Schaltvorgang wird hier somit beschrieben unter der Annahme, daß eine solche wirkliche Differenz der relativen Drehzahlen vor der Vollendung der Schaltung besteht. Durch die anfängliche Linksbewegung der Schalt­ gabel 46 wird der Schaltflansch 34 veranlaßt, seine Linksbewegung zu beginnen. Die drei Nockenflächen 54, welche den drei Federstiften 40 zugeordnet sind, stoßen gegen die linken Kanten der Nasen 52 der zuge­ hörigen Federstifte 40. Die linksseitigen Enden 50 der Federstifte 40, die in den Ausnehmungen 48 des linken Sperr-Ringes 22 sitzen, bewirken eine Verschiebung des gesamten Sperr-Ringsystems 20 nach links und die Reibungsflächen 28 des Ringes 22 treten dann in Kontakt mit den ent­ sprechenden Reibflächen 30 der Kupplungsklaue 6. An diesem Punkt treten die Nockenflächen 54, die den drei Sperrstiften 26 zugeordnet sind, in Kontakt mit den entsprechenden Nockenflächen 56 der Sperrstifte und die Nockenflächen 54, die den Federstiften 40 zugeordnet sind, laufen aus den Nasen 52 heraus. Eine weitere Linksbewegung der Schaltgabel 46 be­ wirkt eine weitere Kraft zwischen den Reibungsflächen 28 und 30, weil die Schaltflächen 54 des Schaltflansches gegen die Kontaktflächen 56 der Sperrstifte 26 drücken, wodurch die relative Drehzahl zwischen dem Zahn­ rad 14 und der Welle 12 gegen Null geht. Beim Erreichen gleicher Dreh­ zahlen zwischen dem Zahnrad 14 und der Welle 12 laufen die Nockenflächen 54 des Schaltflansches 34, die gegen die Flächen 36 der Arretierstifte an­ liegen, auf und heraus aus den Ausnehmungen bzw. Nuten 37 der Arretier­ stifte 26. Eine weitere Linkswegegung der Schaltgabel 46 bringt die Kupplungszähne 44 der Kupplungsmuffe 32 in Eingriff mit den Kupplungs­ zähnen 42 und der Kupplungsklaue 6 am Zahnrad 14, wodurch effektiv das Zahnrad 14 mit der Welle 12 gekoppelt wird.

Die Elastizität der Federbügel 40 ist ein wesentliches Element zur Steuerung bzw. Einstellung der anfänglichen Reibungsbewegung der Flanschöffnungen 36 bezüglich der Nasen 52 der Federbügel. Es wurde gefunden, daß das Erfordernis der Elastizität am besten gelöst wird durch einen Federbügel 40 mit einem S-förmigen Körper, wie er insbe­ sondere in Fig. 3 gezeigt ist. Der Federbügel 40 bewirkt nicht nur eine Zentrierfunktion für den Schaltflansch 34 zwischen den Schaltungen, er dämpft auch Schwingungen und damit Geräusche während der Betriebs­ zeit des Getriebes. Durch die Zentrierung des Schaltflansches 34 zwischen den Schaltungen wird ferner ein unnötiger Verschleiß der Nockenflächen 56 und der Reibflächen 28, 30 vermieden.

Vorzugsweise sind die Federbügel 40 aus Federstahl geformt, der einen relativ hohen Kohlenstoffgehalt hat, beispielsweise einen SAE-Bereich von 1070 bis 1090, um die erforderliche Festigkeit und Dauerfestigkeit zu erhalten. Die Rockwell-Härte liegt vorzugsweise zwischen 50 und 55. Die Verwendung von Federstahl in Verbindung mit der S-Form der Feder­ bügel 40 bewirkt ein radiales Federungsvermögen, wodurch eine gute Elastizität und eine verbesserte Lebensdauer für den Federbügel ge­ schaffen wird. Da der Federbügel einstückig ausgebildet ist, werden ferner die Herstellungskosten gesenkt.

Wie Fig. 3 zeigt, ist jeder Federbügel mit einem Paar gegenüberliegender Nasen 52 versehen, wie oben beschrieben, von denen jede zwischen den Enden 50 des langgestreckten Körpers des Federbügels 40 positioniert ist. Jeder Federbügel hat einen ersten Schenkel 58 und einen sich umgekehrt erstreckenden zweiten Schenkel 60 und jeder dieser Schenkel enthält eine der Nasen 52. Ein dazwischenliegender dritter Schenkel 62 verbindet integral die beiden Schenkel 58 und 60 miteinander. An jedem Ende 50 ist ein schleifen­ förmiger Abschnitt 64 bzw. 66 ausgebildet. Die Schleife 64 wird gebildet durch das integrale Verbindungsstück zwischen dem ersten und dem mittleren Schenkel, während die Schleife 66 gebildet wird durch das integrale Verbindungsstück zwischen dem zweiten und dem mittleren Schenkel. Jedes Ende 50 besteht somit aus einer Schleife und einem Schenkel­ ende 68, 70, wobei das linke Ende 50 die Schleife 64 und das Ende 70 des zweiten Schenkels umfaßt, während das rechte Ende 50 die Schleife 66 und das Ende 68 des ersten Schenkels 58 umfaßt.

Sobald im Betrieb die Nockenflächen 54, die den Federbügeln 40 zuge­ ordnet sind, aus den Nasen 52 der Federbügel herauslaufen und auf die Schenkel auflaufen, werden die entsprechenden Schleifen 64, 66 und die Schenkelenden 68, 70 der Bügel elastisch aufeinander zu geschoben. Bei einer Bewegung der Flächen 54 zurück in die Ausnehmungen oder Nasen 52, federn die Schleifen und die Schenkelenden auseinander und gehen zurück in ihre normale unbelastete Position, wie sie in der Zeichnung darge­ stellt ist.

Wie Fig. 4 zeigt, hat der Federbügel 40 im Schnitt 72 vorzugsweise ab­ gerundete Kanten, die durch bogenfprmige Ränder 74 gebildet werden, wie dargestellt. Es wurde gefunden, daß derartige Ränder geeignet sind, Brüche unter Belastung zu vermeiden oder jedenfalls zu reduzieren, was bisher der Fall war, und die Dauerfestigkeit der Federbügel verkürzt hatte. Vorzugsweise ist der Querschnitt einer ovalen Form angenähert, wie dargestellt.

Claims (6)

1. Synchronkupplung, insbesondere für Getriebe, mit Federbügeln mit einem Paar radial fluchtender gegenüberliegender Nasen, zwei axial bewegliche Sperr-Ringe mit gegenüberliegenden Öffnungen zur Aufnahme gegenüberliegender Enden der Federbügel, einem axial verschiebbaren, radial verlaufenden Flansch mit einer Mehrzahl von in Umfangsrichtung beabstandeten Öffnungen zur Aufnahme dieser Nasen, wenn der Flansch sich in einer neutralen Stellung zwischen den Sperr-Ringen befindet, welch letztere fest mitein­ ander verbunden sind und axial im Abstand auf gegenüberliegenden Seiten des Flansches liegen, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Federbügel (40) einen ersten Schenkel (58) aufweist, der sich axial erstreckt und eine der Nasen (52) enthält, ferner einen zweiten Schenkel (60), der sich parallel und im Abstand vom ersten Schenkel und umgekehrt zu diesem erstreckt und der die andere dieser Nasen (52) enthält, daß der Federbügel (40) ferner einen dritten Schenkel (62) aufweist, der zwischen dem ersten und dem zweiten Schenkel (58, 60) liegt und der integral die beiden Schenkel (58, 60) verbindet, und daß der Federbügel (40) aus Federstahl besteht und in seinem normalen, unbelasteten Zustand in Form eines langgestreckten S-förmigen Körpers ausgebildet ist.

2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der dritte Schenkel (58, 62) integral miteinander verbunden sind und einen schleifenförmigen Verbindungsabschnitt (64) haben, daß ferner der zweite und der dritte Schenkel (60, 62) integral miteinander verbunden sind und einen schleifenförmigen Verbindungs­ abschnitt (66) am gegenüberliegenden Ende des Bügels haben, derart, daß jedes Ende des Bügels aus einem schleifenförmigen Abschnitt (64 bzw. 66) und einem Schenkelende (70 bzw. 68) besteht, welch letztere im unbelasteten Zustand des Bügels einen Abstand von den schleifen­ förmigen Abschnitten haben.

3. Kupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine Axialbewegung des radialen Schaltflansches (34) ein Schenkel und ein schleifenförmiger Abschnitt des Federbügels an dem Ende, das in Bewegungsrichtung des Flansches liegt, zusammendrückbar sind.

4. Kupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Nasen (52) des Federbügels (40) symmetrisch zwischen den Enden (50) des Feder­ bügels angeordnet sind.

5. Kupplung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Längs­ kanten des Federbügels (40) abgerundet sind.

6. Kupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Feder­ bügel (40) einen etwa ovalen Querschnitt hat.