DE4121707A1

DE4121707A1 - Schaltkupplung mit einer synchronisiereinrichtung

Info

Publication number: DE4121707A1
Application number: DE19914121707
Authority: DE
Inventors: Klaus Christian
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1990-07-02
Filing date: 1991-07-01
Publication date: 1992-01-09

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltkupplung mit einer Synchronisiereinrichtung für Kraftfahrzeuggetriebe, bei der während eines Schaltvorgangs ein Zahnrad mit einer Relativdrehzahl gegenüber einer Welle umläuft, mit einer eine Innenverzahnung aufweisenden Schiebemuffe, über welche die Schiebemuffe drehfest und axial verschiebbar in einer Außenverzahnung einer starr mit der Welle verbundenen Führungsmuffe geführt ist, wobei die Innenverzahnung zum Teil Kuppelzähne aufweist, die in ihren Endbereichen an einer Außenverzahnung eines Kuppelelements des mit der Schiebemuffe gleichachsigen Zahnrades in Eingriff bringbar sind, und wobei die Innenverzahnung zu einem Teil mit Sperrzähnen ausgebildet ist, die in ihren Endbereichen mit einer Sperrverzahnung eines an der Führungsmuffe begrenzt verdrehbar geführten Synchronringes, die Sperrflächen bildet, zusammenwirken, wobei die Kuppelzähne länger als die Sperrzähne ausgebildet sind und der Synchronring in dem Bereich der Kuppelzähne keine Außenverzahnung aufweist.

Eine Synchronisiereinrichtung für Schaltkupplungen von Kraftfahrzeuggetrieben der genannten Gattung ist bekannt aus der DE-A 26 59 448. Dabei ist die Kuppelverzahnung der Schiebemuffe bezogen auf die Sperrverzahnung in Richtung auf die Außenverzahnung des Zahnrades verlängert, wodurch die Schaltwege verkürzt werden sollen. Die verlängerten Kuppelzähne greifen dabei aber auch schneller in die Außenverzahnung ein, so daß sich die Gefahr des Hochschaltkratzens verringern läßt. Dieses Hochschaltkratzen kann auftreten, wenn das Reibmoment zwischen Synchronring und der diesem zugewandten Reibfläche des Zahnrades nachläßt, bevor die Kuppelverzahnung in die Außenverzahnung des Zahnrades einspurt. Von Nachteil bei dieser bekannten Anordnung sind die nach wie vor relativ hohen Schaltkräfte.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einer Schaltkupplung der vorgenannten Gattung die Schaltkräfte zu verringern.

Diese Aufgabe wird an einer Schaltkupplung der vorgenannten Gattung nach dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs dadurch gelöst, daß die Außenverzahnung und die Kuppelverzahnung an ihren einander zugewandten Stirnseiten einseitig angeschrägt sind, daß die Schrägflächen von Außen- und Kuppelverzahnung einen parallelen Verlauf haben und daß ein Scheitelpunkt der Schrägfläche der Außenverzahnung an deren der Drehrichtung abgewandten Längsflanke angeordnet ist. Treffen nunmehr während eines Schaltvorgangs die Stirnseiten der Kuppelzähne und der Außenverzahnung aufeinander, so unterstützt das Verlustmoment die Tangentialkomponente der Einschaltkraft. Dadurch wird ein schnelleres und leichteres Einspuren ermöglicht.

Aus der DE-C 37 28 903 ist es zwar bekannt, an Stirnseiten einer Kupplungs- und einer Außenverzahnung unter Bildung eines spitzen Winkels eine Schrägfläche vorzusehen. Bei der Synchronisiereinrichtung ist aber der jeweilige Synchronring begrenzt verdrehbar am Kuppelelement eines Zahnrades geführt. Außerdem steht die Kuppelverzahnung nicht in axialer Richtung über eine Sperrverzahnung vor.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung verwiesen, in der ein Ausführungsbeispiel vereinfacht dargestellt ist. Es zeigt

Fig. 1 eine Teilansicht einer Schalteinrichtung mit einer Synchronisierung im Längsschnitt,

Fig. 2 einen Längsschnitt in Abwicklung gemäß Linie II-II in Fig. 1, wobei eine Schiebemuffe sich in einer Sperrstellung ihrer Sperrverzahnung befindet und

Fig. 2A einen Längsschnitt in Abwicklung gemäß Linie II-II in Fig. 1, wobei sich die Schiebemuffe jedoch in ihrer Stellung vor dem Einspuren ihrer Kuppelzähne in einer Außenverzahnung eines Zahnrades befindet.

In den Fig. 1 bis 2A ist, soweit dargestellt, mit 1 eine Welle bezeichnet, auf der Zahnräder 2 und 3 frei drehbar gelagert sind. Eine Führungsmuffe 4 ist drehfest mit der Welle 1 verbunden und weist an ihrem äußeren Umfang eine Außenverzahnung 5 auf. In dieser Außenverzahnung 5 ist eine Schiebemuffe 6 mittels ihrer Innenverzahnung 7 axial verschiebbar geführt. Jedem Zahnrad 2 und 3 ist jeweils ein Kuppelelement 8 bzw. 9 zugeordnet, die als Zahnkränze ausgebildet und starr am jeweiligen Zahnrad 2 bzw. 3 befestigt sind. Das Kuppelelement 8 weist dabei eine Außenverzahnung 10 auf, während das Kuppelelement 9 mit einer Außenverzahnung 11 versehen ist.

Zwischen der Führungsmuffe 4 und den beiden Kuppelelementen 8 und 9 ist jeweils ein Synchronring 12 und 13 angeordnet. Der Synchronring 12 wirkt mit einer konischen Reibfläche 14 des Zahnrades 2 zusammen und hat an seinem äußeren Umfang eine Sperrverzahnung 15. Am Kuppelelement 9 ist ebenfalls eine konische Reibfläche 16 angeordnet, mit der der Synchronring 13 zusammenwirkt, wobei dieser Synchronring 13 an seinem äußeren Umfang eine Sperrverzahnung 17 hat.

Die Schiebemuffe 6 ist in ihrer Mittelstellung, das heißt einer Neutralstellung der Schalteinrichtung, zentrisch zur Mittelebene der Führungsmuffe über mehrere gleichmäßig am Umfang der Führungsmuffe 4 verteilte Rastkugeln 18 verrastet, die in radialen Bohrungen 19 der Führungsmuffe 4 geführt und in Richtung der Schiebemuffe 6 mittels einer Druckfeder 20 federbelastet sind. Diese Rastkugeln 18, von denen in der Schnittdarstellung der Fig. 1 nur eine sichtbar ist, greifen in der Neutralstellung der Schalteinrichtung in entsprechende Ausnehmungen 21 in der Schiebemuffe 6 ein. Weiterhin sind beiderseits der Rastkugeln Mitnehmersteine 22 und 23 angeordnet, die bei einer Axialbewegung der Schiebemuffe 6 von den Rastkugeln 18 mitgenommen werden und sich dabei derart an dem jeweiligen Synchronring 12 bzw. 13 abstützen, daß dieser zum Ansynchronisieren gegen die jeweilige konische Reibfläche 14 bzw. 16 bewegt wird.

Den Fig. 2 und 2A ist die Ausbildung der Innenverzahnung 7 der Schiebemuffe 6, der Sperrverzahnung 15 und 17 der beiden Synchronringe 12 und 13 sowie der Außenverzahnungen 10 und 11 der beiden Kuppelelemente 8 und 9 zu entnehmen. Dabei ist zunächst erkennbar, daß die im Schnitt dargestellte Innenverzahnung 7 der Führungsmuffe 4 Kuppelzähne 24 und Sperrzähne 25 aufweist. Die Kuppelzähne 24 sind länger als die Sperrzähne 25 ausgebildet, das heißt, sie stehen in ihrem Endbereich über den Endbereich der Sperrzähne 25 vor. Außerdem unterscheiden sich die Kuppelzähne 24 durch folgende Merkmale von den Sperrzähnen 25:

Die Kuppelzähne 24 sind an ihrer jeweiligen Stirnseite einseitig angeschrägt, also ein Scheitelpunkt 26 ihrer Anschrägung liegt auf ihrer seitlichen Längserstreckung, während die Sperrzähne 25 an ihren Stirnseiten beidseitig angeschrägt sind, also ein Scheitelpunkt 27 im Bereich ihrer Längsmittelebene liegt. Die Sperrverzahnung 15, 17 der beiden Synchronringe 12 und 13 ist dabei mit dem gleichen Winkel angespritzt wie die Sperrzähne 25 der Schiebemuffe 6. Auch die Außenverzahnung 10, 13, mit der während eines Schaltvorgangs die Kuppelzähne 24 in ihren beiden Endbereichen in Eingriff bringbar sind, haben eine einseitige Anspitzung, so daß durch die einseitige Anspitzung geschaffene Schrägflächen 28 der Kuppelzähne 24 einen parallelen Verlauf haben zur Schrägfläche 29 der Außenverzahnungen 10 und 11.

Die Synchronringe 12 und 13 weisen, wie aus den Fig. 2 und 2A hervorgeht, nur in dem Bereich, in dem keine Kuppelzähne 24 an der Schiebemuffe 6 vorgesehen sind, eine Sperrverzahnung 15 bzw. 17 auf. Die beiden Synchronringe 12 und 13 sind begrenzt verdrehbar an der Führungsmuffe 4 geführt, so daß beim Auftreten einer Differenzdrehzahl zwischen Führungsmuffe 4 und Schiebemuffe 6 einerseits und Kuppelelement 8 oder 9 andererseits die Sperrverzahnungen 15 und 17 die Schiebemuffe 6 an den Sperrzähnen 25 so lange an einer weiteren Axialbewegung hindern, bis zwischen diesen Elementen Gleichlauf erzielt ist.

In der Fig. 2 befindet sich die Schiebemuffe 6 in einer Stellung, in der die Sperrverzahnung 15 des Synchronringes 12 aufgrund einer noch bestehenden Drehzahldifferenz zwischen der Führungsmuffe 4 und dem Zahnrad 2 eine Weiterbewegung der Schiebemuffe 6 verhindert. Am Zahnrad 2, das sich in der mit n bezeichneten Richtung dreht, tritt aufgrund des Reibmoments, das an der konischen Reibfläche 14 erzielt wird, ein Verlustmoment T_V auf. Da dieses Verlustmoment in Richtung der Scheitelpunkte 26A der Außenverzahnung 10 wirkt, unterstützt das Verlustmoment T_V beim Einspuren die Tangentialkomponente F_r der Einschaltkraft. Dadurch wird ein schnelleres und leichteres Einspuren ermöglicht. Dabei treten folgende mechanische Bedingungen ein:

Beim Einspuren wirken zwei Kräfte auf die Kuppelzähne 24, und zwar F_V=T_V : r_O und F_T=F_S× tan α, wobei F_V die Kraft aus dem Verlustmoment, T_V das Verlustmoment, r_O der Teilkreisradius der Verzahnung, F_T eine Tangentialkomponente aus der Schaltkraft, F_S die Schaltkraft und α der Winkel der einseitigen Anspitzung der Kuppelzähne 24 und der Außenverzahnungen 10, 11 sind.

Über den Winkel α läßt sich die Schaltkraft F_S bestimmen, für den Fall, daß während des Schaltvorgangs die Schrägflächen 28 und 29 aufeinander treffen. Im Normalfall gleiten die Zahnflanken der Kuppelzähne 24 und der Außenverzahnungen 10 und 11 beim Einspuren aneinander vorbei, so daß vom Bediener lediglich die Reibkraft aus dem Verlustmoment T_V aufzubringen ist.

F_S F_V · X · µ=T_V : r₀ · µ

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Schalteinrichtung ergibt sich in Kombination mit einem einfachen und kompakten Aufbau der Schalteinrichtung eine wesentliche Reduzierung der Schaltkräfte und Schaltwege, verbunden mit einer Vermeidung der Problematik des sogenannten "Kaltkratzens".

Bezugszeichen

1 Welle
2 Zahnrad
3 Zahnrad
4 Führungsmuffe
5 Außenverzahnung von 4
6 Schiebemuffe
7 Innenverzahnung
8 Kuppelelement an 2
9 Kuppelelement an 3
10 Außenverzahnung von 8
11 Außenverzahnung von 9
12 Synchronring
13 Synchronring
14 konische Reibfläche
15 Sperrverzahnung von 12
16 konische Reibfläche
17 Sperrverzahnung
18 Rastkugel
19 Bohrung
20 Druckfeder
21 Ausnehmung in 6
22 Mitnehmersteine
23 Mitnehmersteine
24 Kuppelzähne
25 Sperrzähne
26 Scheitelpunkt von 24
26A Scheitelpunkt von 10 bzw. 11
27 Scheitelpunkt von 25
28 Schrägflächen von 24
29 Schrägflächen von 10 bzw. 11

Claims

Schaltkupplung mit einer Synchronisiereinrichtung für Kraftfahrzeuggetriebe, bei der während eines Schaltvorgangs ein Zahnrad (2, 3) mit einer Relativdrehzahl gegenüber einer Welle (1) umläuft, mit einer eine Innenverzahnung (7) aufweisenden Schiebemuffe (6), über welche diese drehfest und axial verschiebbar in einer Außenverzahnung (5) einer starr mit der Welle (1) verbundenen Führungsmuffe (4) geführt ist, wobei die Innenverzahnung (7) zum Teil Kuppelzähne (24) aufweist, die in ihren Endbereichen an jeweils einer Außenverzahnung (10, 11) des mit der Schiebemuffe (6) gleichachsigen Zahnrades (2, 3) in Eingriff bringbar sind und wobei die Innenverzahnung (7) zum Teil als Sperrzähne (25) ausgebildet ist, die in ihrem Endbereich mit einer Sperrverzahnung (15, 17) eines an der Führungsmuffe (4) begrenzt verdrehbar geführten Synchronringes (12, 13) der an einer Sperrverzahnung (15, 17) Sperrfächen bildet, zusammenwirken, wobei die Kuppelzähne (24) länger als die Sperrzähne (25) ausgebildet sind und der Synchronring (12, 13) in dem Bereich der Kuppelzähne (24) der Schiebemuffe (6) keine Sperrverzahnung (15, 17) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenverzahnung (10, 11) und die Kuppelzähne (14) an ihren Stirnseiten einseitig angeschrägt sind, daß die dadurch gebildeten Schrägflächen (24) einen parallelen Verlauf haben und daß ein Scheitelpunkt (26A) der Schrägfläche (29) der Außenverzahnung (10, 11) an deren der Drehrichtung (n) abgewandten Längsflanke angeordnet ist.