DE3726486A1 - Synchronisierungseinrichtung von stufengetrieben in kraftfahrzeugen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Synchronisierungseinrichtung von Stufengetrieben in Kraftfahrzeugen, mit mindestens einem einem legbaren Gang zugeordneten Paar auf einer Achse angeordneter Zahnräder, deren Verzahnungen mittels einer axial verschieb­ baren, mit Klauen versehenen Schaltmuffe in formschlüssige Verbindung bringbar sind, wobei Synchronringe vorgesehen sind, deren Verzahnungen axial zwischen den Verzahnungen der in Verbindung zu bringenden Zahnräder angeordnet sind und zwischen den Synchronringen und den Zahnrädern Reibbeläge angeordnet sind, um vor der Herstellung der formschlüssigen Verbindung durch Aufbringen eines Reibmomentes eines ersten Betrages einen Gleichlauf zwischen den in Verbindung zu bringenden Zahnrädern herzustellen.

Synchronisierungseinrichtung der vorstehend genannten Art sind allgemein bekannt, beispielsweise aus Bosch, Kraftfahr­ technisches Taschenbuch, 18. Auflage, Seiten 309, 310.

Bei modernen Konstruktionen von Kraftfahrzeugen ist man u.a. allgemein bestrebt, die verschiedenen Komponenten des Kraft­ fahrzeugs möglichst leicht auszubilden, einmal um Material und damit Kosten zu reduzieren, zum anderen aber auch um bei gleichbleibender Antriebsleistung höhere Fahrleistungswerte des Kraftfahrzeuges zu erzielen.

Aus diesem Grunde ist man auch bei der Konstruktion von Stufen­ getrieben für derartige Kraftfahrzeuge bemüht, die Getriebe­ komponenten in Leichtbauweise herzustellen. Durch das geringere Gewicht der Getriebekomponenten stellt sich dabei der zusätz­ liche Vorteil ein, daß zum in der Praxis häufigen Beschleunigen der rotierenden Getriebeelemente weniger Energie aufgewendet werden muß, weil das Trägheitsmoment dieser Getriebeelemente mit dem Gewicht reduziert wurde.

Allerdings ist bei diesen konstruktiven Bemühungen zu beachten, daß sich durch die Gewichtsverminderung derartiger Komponenten auch gewisse Nachteile einstellen können.

Bei den Stufengetrieben hat sich in der Praxis eines dieser Probleme durch sogenanntes "Getrieberasseln", insbesondere "Leerlaufrasseln" manifestiert. Hierunter versteht man die Erscheinung, daß die immer leichter werdenden Getriebeelemente in bestimmten Drehzahlbereichen, insbesondere bei niedrigen Drehzahlen, zu Vibrationen neigen, so daß Getriebeteile, die in einem bestimmten Betriebszustand des Getriebes nicht unter Vorspannung stehen, d.h. in diesem Betriebszustand lose im Getriebe angeordnet sind, an angrenzende Flächen benachbarter Getriebeteile anstoßen und dadurch ein Rasselgeräusch erzeugen.

Ein Beispiel für derartige zum Rasseln neigende Getriebeelemente sind die Synchronringe der in einem bestimmten eingelegten Gang des Stufengetriebes nicht im Kraftfluß liegenden Gang­ schalträder. Bekanntlich dienen Synchronringe dazu, um vor dem Einlegen eines bestimmten Ganges einen Gleichlauf zwischen dem angetriebenen, mit dem Antriebsmotor verbundenen Zahnrad und dem jeweils anzutreibenden, mit dem Abtrieb des Kraftfahr­ zeuges verbundenen Zahnrad herzustellen. Hierzu sind bei üblichen Stufengetrieben sowohl das angetriebene Zahnrad, das anzutreibende Zahnrad sowie der dazwischen angeordnete Synchronring jeweils mit einer Außenverzahnung versehen, über die sich gesamthaft Klauen einer Schaltmuffe zum formschlüssigen Verbinden der genannten Elemente schieben können. Die Schalt­ muffe wird mittels einer Schaltgabel durch Betätigen des Gangschalthebels axial verschoben. Die Synchronisierungsein­ richtung liegt in diesem Falle so, daß die Schaltmuffe mit ihren Klauen zunächst die Außenverzahnung des Synchronrings und dann die Außenverzahnung des in Eingriff zu bringenden Zahnrades erfaßt. Bevor dies jedoch gelingt, preßt sich ein üblicherweise am Synchronring angeordneter Reibkörper an eine zugeordnete Gegenfläche des in Eingriff zu bringenden Zahnrades an, wodurch dieses, je nachdem, ob es sich um eine Hoch- oder ein Rückschaltung handelt, entweder beschleunigt oder verzögert wird. Erst wenn durch dieses Aufbringen eines Reibmomentes der gewünschte Gleichlauf hergestellt ist, ist es mechanisch möglich, die Schaltmuffe auch in Eingriff mit dem weiteren Zahnrad zu bringen (sogenannte Sperrsynchronisierung).

Andererseits bedeutet dies jedoch, daß alle Synchronringe der gerade nicht-eingelegten Gänge lose zwischen dem angetriebenen und dem in diesem Betriebszustand gerade nicht anzutreibenden Zahnrad angeordnet sind. Insbesondere im Leerlauf, d.h. bei niedrigen Drehzahlen kann dies dazu führen, daß die heutzutage sehr leicht auszubildenden Synchronringe zusammen mit den ebenfalls in Leichtbauweise ausgebildeten Zahnrädern in Vib­ rationen geraten, aneinander schlagen und dadurch ein Rassel­ geräusch erzeugen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Synchroni­ sierungseinrichtung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß derartige Rasselgeräusche vermieden werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß federnde Spannmittel zum kontinuierlichen Anlegen der Reibbeläge an zugehörige Gegenflächen vorgesehen sind, um ein andauerndes Reibmoment eines gegenüber dem ersten Betrag verminderten zweiten Betrages zu erzeugen.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auf diese Weise vollkommen gelöst, weil das kontinuierlich wirkende Reibmoment zwischen den Synchronringen und den Zahnrädern unkontrollierte Vibrationen und damit Rasselgeräusche sicher vermeidet. Dies gilt unabhängig davon, ob der Reibbelag, wie allgemein üblich, zwischen dem Synchronring und dem antreibenden Rad angeordnet ist, während der Synchronring im übrigen mit dem anzutreibenden Rad verbunden ist und mit diesem umläuft oder ob, in kinematischer Umkehr, der Reibbelag zwischen Synchronring und dem anzutreibenden Rad angeordnet ist.

Das kontinuierlich aufgebrachte Reibmoment kann außerordentlich niedrig eingestellt werden, da es lediglich gewährleisten soll, daß das genannte Rasseln der Getriebeteile vermieden wird. Infolgedessen kommt es weder zu einer nennenswerten thermischen Belastung und damit auch zu keiner meßbaren Redu­ zierung der Lebensdauer des Getriebes noch zu einer erwähnens­ werten Verminderung des Wirkungsgrades des Getriebes.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Spannmittel als axial wirkende Schraubenfedern oder als axial wirkende Wellfedern ausgebildet.

Diese Maßnahmen haben den Vorteil, daß mittels sehr einfacher und kostengünstiger Bauelemente der erfindungsgemäß gewünschte Erfolg herbeigeführt werden kann.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Spannmittel als radial wirkende Feder ausgebildet, die über ein Betätigungsglied an zu einer Radialebene geneigten Schrägen der Reibbeläge angreifen.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß durch Verwendung eines Keilgetriebes zum Aufbringen des geringfügigen kontinuierlichen Reibmomentes eine Vielzahl von Gestaltungsmöglichkeiten für den Kräfteverlauf zur Verfügung steht, so daß für jeden einzel­ nen Betriebsfall und für jeden zu schaltenden Gang jeweils optimale Bedingungen eingestellt werden können.

Dies gilt insbesondere bei einer Weiterbildung dieser Variante, bei der die Feder radial nach innen wirkt und das Betätigungs­ glied mit einer inerten Masse behaftet ist, deren Größe im Verhältnis zur Federkraft so eingestellt ist, daß bei maximaler Betriebsdrehzahl des Getriebes die Kraft der Feder und die Fliehkraft der Masse gleich groß sind.

Hierdurch ergibt sich der besondere Vorteil, daß das kontinuier­ lich aufgebrachte, geringfügige Reibmoment drehzahlabhängig eingestellt wird, und zwar in der Weise, daß bei Leerlaufdreh­ zahl das Reibmoment am größten ist, während bei höheren Dreh­ zahlen das Reibmoment selbsttätig dadurch vermindert wird, daß die inerte Masse des Betätigungsgliedes infolge der wirken­ den Fliehkraft die Federkraft immer mehr kompensiert, bis sie schließlich bei maximaler Betriebsdrehzahl aufgehoben wird. Auf diese Weise wird das vor allem im Leerlauf störende Rasseln sicher vermieden, während das Reibmoment bei höheren Drehzahlen, bei denen es nicht zu derartigem Rasseln kommt, herabgesetzt wird.

Eine besonders gute Wirkung ergibt sich schließlich dann, wenn die Synchronringe mit den Reibbelägen versehen sind und die Spannmittel die Synchronringe gegen Gangschalträder des Getriebes drücken, vor allem dann, wenn die Gangschalträder und die Synchronringe beidseits eines Abtriebszahnrades ange­ ordnet sind und die Spannmittel die Synchronringe axial gegen­ einander belasten.

Diese Maßnahmen haben den Vorteil, daß die Erfindung bei in üblicherweise ausgebildeten stirnradverzahnten Stufengetrieben von Kraftfahrzeugen eingesetzt werden kann, ohne daß nennens­ werte Modifikationen des bekannten Getriebeaufbaues erforderlich sind.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nach­ stehend noch erläuterten Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Darstellung, im Schnitt, durch einen Verzah­ nungsbereich eines Stufengetriebes eines Kraftfahr­ zeuges mit einem ersten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Synchronisierungseinrichtung;

Fig. 2 eine Darstellung, ähnlich Fig. 1, jedoch für ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 3 eine weitere Darstellung, ähnlich Fig. 1, jedoch für ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung.

In Fig. 1 ist mit 10 insgesamt ein Kraftfahrzeug-Stufengetriebe mit Stirnradverzahnung angedeutet. Auf einer in der Fig. nicht dargestellten gemeinsamen Welle sitzen ein erstes Gangzahnrad 11 und ein zweites Gangzahnrad 12 einander symmetrisch gegen­ über. Zwischen den Gangzahnrädern 11, 12 befindet sich ein drittes Zahnrad 13. Für die nachfolgende Betrachtung sei angenommen, daß die Zahnräder 11, 12 ständig von entsprechenden Zahnrädern einer angetriebenen Vorgelegewelle des Stufengetrie­ bes angetrieben werden, während das dritte Zahnrad 13 drehstarr mit einer Abtriebswelle des Stufengetriebes 10 verbunden ist. Zum Einlegen zweier verschiedener Gänge soll das dritte Zahnrad 13 mit dem ersten Gangzahnrad 11 oder dem zweiten Gangzahnrad 12 formschlüssig in Eingriff gebracht werden.

Hierzu ist in üblicher Weise eine Schaltmuffe 14 vorgesehen, die in Richtung eines Pfeiles 15 axial verschiebbar ist. Eine in Fig. 1 nicht näher dargestellte Schaltgabel wirkt ihrerseits mit dem Gangschalthebel des Kraftfahrzeuges zusammen.

Zwischen dem ersten Gangzahnrad 11 und dem dritten Zahnrad 13 befindet sich ein erster Synchronring 16, während sich ein zweiter Synchronring zwischen dem zweiten Gangzahnrad 12 und dem dritten Zahnrad 13 befindet. Der erste Synchronring 16 ist mit einem ersten Reibbelag 18 und der zweite Synchronring 17 ist mit einem zweiten Reibbelag 19 versehen. Die Reibbeläge 18, 19 stehen zugehörigen konischen Gegenflächen 20 bzw. 21 am ersten Gangzahnrad 11 bzw. am zweiten Gangzahnrad 12 gegen­ über.

Das erste Gangzahnrad 11 ist mit einer Außenverzahnung 30 versehen und entsprechende Außenverzahnungen 31, 32, 33, 34 sind am zweiten Gangzahnrad 12, am ersten Synchronring 16, am zweiten Synchronring 17 sowie am dritten Zahnrad 13 vorgesehen. Die Schaltmuffe 14 ist ihrerseits an einer Innenoberfläche mit Klauen 35 versehen, die mit den Außenverzahnungen 30 bis 34 in Eingriff bringbar sind.

Die Synchronringe 16, 17 laufen üblicherweise mit dem dritten, Zahnrad 13 um und sind gegenüber diesem um einen gewissen, endlichen Winkelbereich verdrehbar. Wird nun beispielsweise die Schaltmuffe 14 in Fig. 1 nach links verschoben, gelangt bei Stufengetrieben nach dem Stand der Technik der erste Reibbelag 18 in Anlage an die konische Gegenfläche 20, so daß ein Reibmoment auf das erste Gangzahnrad 11 aufgebracht wird. Je nachdem, ob eine Hochschaltung oder eine Rückschaltung im Getriebe ausgeführt wird, wird, da die Abtriebsdrehzahl sich während eines Schaltvorganges praktisch nicht ändert, das erste bzw. das zweite Gangzahnrad 11 bzw. 12 abgebremst oder beschleunigt. Infolge des aufgebrachten Reibmomentes verdrehen sich Synchronring 16 und drittes Zahnrad 13 gegeneinander um den genannten endlichen Winkel, wodurch gleichzeitig verhindert wird, daß die Schaltmuffe 14 mit ihren Klauen 35 in Eingriff zur Außenverzahnung 30 des ersten Gangzahnrades 11 gelangen kann. Erst wenn ein Gleichlauf zwischen dem ersten Gangzahnrad 11 und dem dritten, angetriebenen Zahnrad 13 erreicht wird, drehen sich Synchronring 16 und drittes Zahnrad 13 wieder in ihre Ausgangslage zurück und die Schaltmuffe 14 kann mit ihren Klauen 35 über die Außenverzahnung 30 des ersten Gangzahnrades 11 geschoben werden, so daß der entsprechende Gang nunmehr eingelegt ist.

Wie man aus Fig. 1 ferner erkennen kann, ist das dritte Zahnrad 13 mit einer axialen Bohrung 40 versehen, durch die hindurch sich eine Schraubenfeder 41 erstreckt. Die Schraubenfeder 41 ist beidseitig auf Druck vorgespannt und schiebt die Synchron­ ringe 16, 17 in Richtung von Pfeilen 42, 43 vom dritten Zahnrad 13 weg, weil die Schraubenfeder 41 mit ihren freien Enden an radialen Stirnflächen 44, 45 der Synchronringe 16, 17 anliegt.

Auf diese Weise wird folgendes erreicht:

Bei nicht-eingelegtem Gang laufen die Gangzahnräder 11, 12 mit der mit dem Antrieb verbundenen Vorgelegewelle ständig um, wobei die Drehzahlen der Gangzahnräder 11, 12 von der jeweiligen Übersetzung abhängen. Das dritte Zahnrad 13 läuft hingegen ständig mit der Abtriebswelle um, weil es mit dieser drehstarr verbunden ist. Da bei nicht-eingelegtem Gang ein irgendwie gearteter Formschluß zwischen den Zahnrädern 11/13 bzw. 12/13 nicht besteht, könnten ohne das Vorsehen der Schrau­ benfeder 41 die Synchronringe 16, 17, die mit dem dritten Zahnrad 13 umlaufen, in Vibrationen geraten und mit ihren Reibflächen 18, 19 an die konischen Gegenflächen 20, 21 der Gangzahnräder 11, 12 anstoßen. Die hierdurch entstehenden stochastischen Reibmomentimpulse würden zu unkontrollierten Verdrehungen der Synchronringe 16, 17 gegenüber dem dritten Zahnrad 13 und damit zu Rasselgeräuschen führen, wenn die metallischen Anschläge der Synchronringe 16, 17 bzw. des dritten Zahnrades 13, die eine Relativverdrehung über den bestimmten Winkelbereich hinaus verhindern, aneinander anschlagen.

Infolge der Wirkung der Schraubenfeder 41 liegen jedoch nunmehr die Synchronringe 16, 17 mit ihren Reibbelägen 18, 19 kontinu­ ierlich an den konischen Gegenflächen 20, 21 der Gangzahnräder 11, 12 an, so daß die Synchronringe 16, 17 kontinuierlich vorgespannt sind, weil beständig ein, wenn auch kleines, Reibmoment zwischen den Synchronringen 16, 17 und den Gangzahn­ rädern 11, 12 wirkt.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Variante besteht ein Unterschied zum Ausführungsbeispiel der Fig. 1 nur insoweit, als dort statt einer Schraubenfeder 41 Wellfedern 50, 51 zu beiden Seiten des dritten Zahnrades 13 a verwendet werden, um die Synchronringe 16 a, 17 a durch Anlage an den Stirnflächen 44 a, 45 a mit den Reibbelägen 18 a, 19 a gegen die Gegenflächen 20 a, 21 a der Gangzahnräder 11, 12 a zu drücken.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist im dritten Zahnrad 13 b in radialer Richtung eine Sackbohrung 60 angeordnet, die die axial verlaufende Bohrung 40 b durchsetzt. In der Sackbohrung 60 ist eine am oberen Ende abgestützte Schraubenfeder 61 angeordnet, die mit ihrem unteren freien Ende eine Kugel 62 gegen Fortsätze 63, 64 der Synchronringe 16 b, 17 b drückt, wobei diese Fortsätze 63, 64 am Anlagepunkt der Kugel 62 mit Schrägen 65, 66 versehen sind.

Durch die Wirkung der radial angeordneten Schraubenfeder 61 werden über das durch die Schrägen 65, 66 in Zusammenwirkung mit der Kugel 62 gebildete Keilgetriebe die Synchronringe 16 b, 17 b axial vom dritten Zahnrad 13 b weg nach außen gedrückt. In statischer Betrachtung besteht daher dieselbe Wirkung, wie sie bereits zu den Fig. 1 und 2 erläutert wurde.

Im Unterschied zu den genannten anderen Ausführungsbeispielen tritt bei der Anordnung der Fig. 3 jedoch noch ein dynamischer Effekt hinzu. Die Kugel 62 ist nämlich mit einer inerten Masse behaftet, so daß bei Rotation des dritten Zahnrades 13 b eine Zentrifugalkraft auf die Kugel 62 ausgeübt wird, die der Druckkraft der Schraubenfeder 61 entgegen gerichtet ist. Bei niedrigen Drehzahlen und damit kleiner Fliehkraft wird daher die Kraft der Schraubenfeder 61 überwiegen und die Synchronringe 16 b, 17 b werden mit verhältnismäßig großer Kraft axial nach außen gedrückt, so daß ein verhältnismäßig großes Reibmoment ausgeübt wird. Mit zunehmender Drehzahl überwiegt nun jedoch die Zentrifugalkraft, so daß die axiale Verschiebekraft zu­ nehmend vermindert und damit auch das Reibmoment herabgesetzt wird. Die inerte Masse der Kugel 62 und die Federkonstante der Schraubenfeder 61 sind nun so aufeinander abgestimmt, daß bei maximaler Betriebsdrehzahl des Getriebes 10 b die resul­ tierende Kraft zu Null wird, so daß auch das Reibmoment zwischen Synchronringen 16 b, 17 b und den Gangzahnrädern 11 b, 12 b auf Null reduziert wird.

Claims (8)

1. Synchronisierungseinrichtung von Stufengetrieben (10) in Kraftfahrzeugen, mit mindestens einem einem einleg­ baren Gang zugeordneten Paar auf einer Achse angeordneter Zahnräder (11/13, 12/13), deren Verzahnungen (30, 31, 34) mittels einer axial verschiebbaren, mit Klauen (35) versehenen Schaltmuffe (10) in formschlüssige Verbindung bringbar sind, wobei Synchronringe (16, 17) vorgesehen sind, deren Verzahnungen (32, 33) axial zwischen den Verzahnungen (30/34, 31/34) der in Verbin­ dung zu bringenden Zahnräder (11/13, 12/13) angeordnet sind und zwischen den Synchronringen (16, 17) und den Zahnrädern (11, 12, 13) Reibbeläge (18, 19) angeordnet sind, um vor der Herstellung formschlüssigen Verbindung durch Aufbringen eines Reibmomentes eines ersten Betrages einen Gleichlauf zwischen den in Verbindung zu bringenden Zahnrädern (11/13, 12/13) herzustellen, dadurch gekenn­ zeichnet, daß federnde Spannmittel (41 bis 45; 44 a, 45 a, 50; 60 bis 66) zum kontinuierlichen Anlegen der Reibbeläge (18, 19) an zugehörige Gegenflächen (20, 21) vorgesehen sind, um ein andauerndes Reibmoment eines gegenüber dem ersten Betrag verminderten zweiten Betrages zu erzeugen.

2. Synchronisierungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannmittel als axial wirkende Schraubenfeder (41) ausgebildet sind.

3. Synchronisierungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannmittel als axial wirkende Wellfeder (50) ausgebildet sind.

4. Synchronisierungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannmittel als radial wirkende Feder ausgebildet sind, die über ein Betätigungsglied an zu einer Radialebene geneigte Schrägen (65, 66) der Reibbeläge (18, 19) angreifen.

5. Synchronisierungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder radial nach innen wirkt und daß das Betätigungsglied mit einer inerten Masse behaftet ist, deren Größe im Verhältnis zur Federkraft so eingestellt ist, daß bei maximaler Betriebsdrehzahl des Getriebes (10 b) die Kraft der Feder und die Flieh­ kraft der Masse gleich groß sind.

6. Synchronisierungseinrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungsglied eine Kugel (62) ist.

7. Synchronisierungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Synchronringe (16, 17) mit den Reibbelägen (18, 19) versehen sind und daß die Spannmittel (41 bis 45; 44 a, 45 a, 50; 60 bis 66) die Synchronringe (16, 17) gegen Gangschalträder (11, 12) des Getriebes (10) drücken.

8. Synchronisierungseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gangschalträder (11, 12) und die Synchronringe (16, 17) beidseits eines Abtriebszahn­ rades (13) angeordnet sind und daß die Spannmittel (41 bis 45; 44 a, 45 a, 50; 60 bis 66) die Synchronringe (16, 17) axial gegeneinander belasten.