DE4135215A1

DE4135215A1 - Synchronisiereinrichtung fuer zahnraederschaltgetriebe

Info

Publication number: DE4135215A1
Application number: DE19914135215
Authority: DE
Inventors: Martin Schetter
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1991-10-25
Filing date: 1991-10-25
Publication date: 1993-04-29

Description

Die Erfindung betrifft eine Synchronisiereinrichtung für Zahnräderschaltgetriebe nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.

Eine Synchronisiereinrichtung dieser Art ist in der DE 29 36 009 C2 beschrieben.

In einem Handschaltgetriebe für einen Personenkraft wagen moderner Bauart ist der Rückwärtsgang im allge meinen dauernd im Eingriff und aus Komfortgründen auch mit einer Sperrsynchronisierung entsprechend der der Vorwärtsgänge ausgestattet.

Dabei tritt nun das Problem auf, daß der Rückwärtsgang bei Fehlschaltungen ohne übermäßigen Kraftaufwand und damit für den Fahrer zunächst nicht erkennbar auch bei Vorwärtsfahrt mit höherer Geschwindigkeit eingelegt werden kann. In einem derartigen Falle wird jedoch in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit die Kupp lungsmitnehmerplatte auf eine unzulässig hohe Drehzahl gebracht, wodurch sie zerstört werden kann. Im Extrem fall kann sogar nach dem Einkuppeln die Drehrichtung des Motores "umgedreht" werden, was zu Motorschäden und/oder auch zu einem Unfall führen kann.

Aus diesem Grunde ist in der DE 29 36 009 C2 eine Einrichtung vorgeschlagen, die bei Erreichen einer vorgegebenen Drehzahl den Weg der Schaltmuffe für den Rückwärtsgang blockiert und damit das Einlegen des Rückwärtsganges verhindert. Hierzu ist in die Füh rungsmuffe der Schaltkupplung ein Anschlag eingebaut, welcher von einem zweiarmigen Fliehgewicht-Sperrhebel gebildet wird. Der Sperrhebel ist außerhalb seines Massenmittelpunktes schwenkbar gelagert. Bei stillste hender Schaltmuffe wird der Fliehgewicht-Sperrhebel durch eine Feder so gehalten, daß der Schaltweg der Schaltmuffe nicht blockiert wird. Ab einer bestimmten Drehzahl wird der Fliehgewicht-Sperrhebel gegen die Kraft der Feder nach außen in den Schaltweg der Schaltmuffe eingeschwenkt, wodurch er verhindert, daß dieser in der Richtung weiterbewegt werden könnte, in der der Rückwärtsgang eingelegt wird.

Nachteilig bei dieser vorbekannten Synchronisierein richtung ist jedoch, daß nach einem Ansprechen der Sperre diese nicht überdrückt werden kann und bei einer anstehenden Handkraft auch nicht mehr in die Ausgangsstellung zurückgeht.

Von Vorteil wäre es, wenn die Synchronisierung des Rückwärtsganges derart ausgelegt wäre, daß synchroni sierte Schaltungen in den Rückwärtsgang bei Vorwärts fahrt bis zu einer bestimmten Grenzgeschwindigkeit, z. B. 5 . . . 15 km/h möglich sind, oberhalb dieser Ge schwindigkeit bzw. der entsprechenden Drehzahl aber der Fahrer durch ein Signal und ggf. erhöhten Kraftaufwand am Schalthebel auf die anstehende Fehl schaltung aufmerksam gemacht wird, diese aber im Be darfsfall trotzdem durchführen kann.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu grunde, eine Synchronisiereinrichtung der eingangs er wähnten Art zu schaffen, die bei Fehlschaltungen zwar das Einlegen des Rückwärtsganges erschwert und behin dert, welche jedoch im Bedarfsfalle, z. B. für Notfälle überdrückbar ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kenn zeichnenden Teil von Anspruch 1 genannten Merkmale ge löst.

Erfindungsgemäß wird nunmehr durch die Fliehkraft- Sperrglieder die Vorsynchronkraft in Richtung des Rückwärtsganges geschwindigkeitsabhängig durch Bloc kage der Druckstückbewegung aufgehoben. Durch den Ent fall der Vorsynchronkraft wird das Reibmoment zwischen Synchronring und Synchronkegel gar nicht oder nur lang sam aufgebaut. Dadurch, daß die Synchronisierung be züglich der Sperrwirkung erfindungsgemäß jedoch redu ziert ist, kann nach der Blockage der Druckstücke die Schiebemuffe weitergeschaltet werden, ohne daß der Synchronring diese Bewegung bis zur Erreichung des Drehzahlgleichlaufes sperrt, und zwar so weit, bis deren Verzahnung an der Kuppel-Verzahnung des Rück wärtsgangrades zur Anlage kommt und aufgrund der un terschiedlichen Drehzahlen ein entsprechendes Ratsch- bzw. Kratzgeräusch auftritt, wodurch dem Fahrer die anstehende Fehlschaltung signalisiert wird.

Die Funktion der Fliehgewichte ist es, durch Blockage der Druckstückbewegung zu verhindern, daß die bei un gestörtem Ablauf von den Druckstücken auf den Syn chronring aufgebrachte sogenannte Vorsynchronkraft den Aufbau des Reibmomentes zwischen Synchronring und rad seitigem Kupplungskegel indiziert, wodurch der Syn chronring eine stabile Sperrstellung einnehmen und da durch wiederum die Bewegung der Schiebemuffe bis zum Erreichen von Drehzahlgleichheit zwischen An- und Ab triebsseite sperren würde.

Oder kurz ausgedrückt: Die Fliehkraftsperre sperrt die Sperrfunktion der Rückwärtsgang-Synchronisierung.

Die Rückwärtsgangsynchronisierung ist erfindungsgemäß so ausgelegt, daß an der Grenze der Sperrsicherheit gearbeitet wird. Dazu werden bei gegebenen geometri schen Bedingungen die Parameter Sperrwinkel, Kegelwin kel und Kegelgeometrie (Rauhheit usw.) im Zusammenhang mit dem vorgegebenen Getriebeöl so lange versuchstech nisch variiert, bis die Synchronisierung bei einer Vorsynchronkraft von z. B. ca. 80-100 N im geforder ten Geschwindigkeits- und Temperaturbereich noch funk tioniert. Dies bedeutet eine rechnerische Sperrsicher heit von ungefähr "1".

Daraus ergibt sich, daß die Sperrwirkung der Synchro nisierung ohne Vorsynchronkraft derart abfällt, daß bei Drehzahlen entsprechend Geschwindigkeiten von ca. 1-10 km/h in Abhängigkeit von der Öltemperatur bzw. Ölviskosität und der Schaltkraft ein Versagen der Syn chronisierung auftritt, d. h. daß ein ungesperrtes Durchschalten bei Differenzdrehzahl möglich wird.

Um diesen Effekt nun auszunützen, wird die Vorsyn chronkraft in Richtung des Rückwärtsganges über die erfindungsgemäßen Fliehkraft-Sperrglieder geschwindig keitsabhängig blockiert. Bei einer vorgegebenen Dreh zahl bewegen sich die Fliehkraft-Sperrgliedern nach außen, wobei sie in den Verschiebeweg der Druckstücke eingreifen und diese damit an der Bewegung in Richtung des Rückwärtsganges hindern. Entsprechend der Ausle gung der Synchronisierung ist dann die Sperrwirkung so weit reduziert, daß ungesperrt durchgeschaltet werden kann und wegen der vorliegenden Differenzdrehzahl bei dem Versuch eines Einspurens der Verzahnung der Schie bemuffe in die Kuppel-Verzahnung des Rückwärtsganges das "Signalgeräusch" auftritt, wobei gleichzeitig eine entsprechende am Schalthebel fühlbare Abweisung auf tritt.

Eine konstruktiv einfache Ausgestaltung bezüglich ei ner Blockage der Durckstückbewegung bzw. der Erzeugung eines Anschlages der Fliehkraft-Sperrglieder in den Druckstücken kann darin bestehen, daß die Fliehkraft- Sperrglieder mit nockenartigen Vorsprüngen in Nuten der Druckstücke einrasten.

Damit bei einer Ausgestaltung der Erfindung mit einfa chen Nuten in den Druckstücken bei Schaltbewegungen zur gegenüberliegenden Seite, im allgemeinen zum 1. oder 5. Gang, keine Verriegelungswirkung auftritt, kann vorgesehen sein, daß die Nuten axial zu der von dem Rückwärtsgang abgewandten Seite hin offen sind.

Von Vorteil ist es auch, wenn die nockenartigen Vor sprünge der Fliehkraft-Sperrglieder auf ihren Ein griffseiten mit Abschrägungen versehen sind.

Durch die Abschrägungen können zum einen Toleranzen der Teile ausgeglichen werden und zum anderen ergibt sich dadurch eine bessere Anlagefläche.

Damit keine zusätzlichen Radial- und Reibungskräfte auf die Druckstücke aufgebracht werden, kann vorgese hen sein, daß die Radialbewegung der Fliehkraft-Sperr glieder jeweils durch eine Anlage im oder am Synchron körper begrenzbar ist.

Statt einer Ausgestaltung der Fliehkraft-Sperrglieder in Form mehrerer Schwenkhebel; die außerhalb ihres Schwerpunktes drehbar in Achsen gelagert sind, kann auch vorgesehen sein, daß die Fliehkraft-Sperrglieder durch federartige Einrichtungen gebildet sind, die in den Verschiebeweg der Druckstücke zu deren Sperrung eingreifen. Die Anzahl der Sperrglieder entspricht dabei der Anzahl der Druckstücke, welche im allgemeinen 3 sind.

Die federartige Einrichtung kann dabei an jedem Druck stück als Schenkelfeder ausgebildet sein, die ggf. auch durch ein oder mehrere Fliehgewichte noch unter stützt werden kann.

Die Ausbildung der Fliehgewichte ist beliebig. In ein facher Weise können sie als scheibenförmige, in Ra dialnuten des Synchronkörpers eingesetzte Elemente ausgebildet sein.

Nachfolgend sind anhand der Zeichnungen prinzipmäßig Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben.

Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch die erfindungsge mäße Synchronisiereinrichtung;

Fig. 2 einen vergrößerten Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1;

Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III der Fig. 1;

Fig. 4 ausschnittsweise eine Synchronisiereinrich tung mit einer federartigen Einrichtung als Fliehkraft-Sperrglied;

Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie V-V der Fig. 4.

Grundsätzlich ist die nachfolgend beschriebene Syn chronisiereinrichtung von bekannter Bauart, weshalb nur die für die Erfindung wesentlichen Teile näher be schrieben werden.

In einem Synchronkörper 1 der Synchronisierung für den 5. Gang und für den Rückwärtsgang sind in üblicher Weise um 120° umfangsseitig versetzt zueinander drei Druckstücke 2 mit Kugeln 3 und Federn 4 aufgenommen. Über Nuten 5 in einer Schiebemuffe 6 werden die Kugeln 3 und die Druckstücke 2 bei einer Axialverschiebung der Schiebemuffe bis zu einer Anlage 7 am Synchronring 8 mitgenommen, womit eine Überschiebekraft erzeugt wird, die den Ölfilm zwischen einem Zahnradkonus 9 des Zahnrades 19 für den Rückwärtsgang und den Synchron ring 8 durchtrennt und deren indiziertes Reibmoment den Synchronring 8 in eine definierte Sperrstellung bringt.

Auf drei eingepreßten Achsen 10 sind in Aussparungen 11 des Synchronkörpers 1 Fliehkraft-Sperrglieder 12 gelagert. Die Aussparungen 11 in dem Synchronkörper können spanlos, z. B. beim Sintern, und/oder durch spa nende Bearbeitung erzeugt werden. Durch Federn 13, die in Bohrungen in dem Synchronkörper 1 aufgenommen sind, werden die Fliehgewicht-Sperrglieder bei stehender Getriebewelle 21 auf einen Endanschlag 14 oder Neutral anschlag (weil Ruhezustand) gedrückt. Dies stellt den Ruhezustand für die Fliehkraft-Sperrglieder 12 dar.

Wenn sich die Welle dreht, bewegen sich die Flieh kraft-Sperrglieder 12 aus ihrem Ruhezustand gegen die Federkräfte der Federn 13 nach außen, bis sie bei der gewünschten Drehzahl, z. B. einer Fahrzeuggeschwindig keit von 10 km/h mit nockenartigen Vorsprüngen 22 mit seitlichen Sperrschrägen 15A jeweils in eine entspre chende Nut 16 der Druckstücke 2 einspuren und diese an der Bewegung in Richtung des Rückwärtsganges hindern.

Zum leichteren Einspuren ist die mit dem nockenartigen Vorsprung 22 zusammenarbeitende Seitenwand der Nut, an der auch der nockenartige Vorsprung 22 mit seiner Sperrschräge 15A eingreift, ebenfalls mit einer Schräge 15B versehen.

Um die gewünschten Bewegungen der Fliehkraft-Sperr glieder 12 zu erzeugen, sind diese jeweils in ihren Achsen 10 außerhalb ihres Schwerpunktes derart gela gert, daß sich die Federn 13 auf einer Seite der Ach sen befinden, während sich der Schwerpunkt jedes Fliehkraft-Sperrgliedes 12 auf der anderen Seite be findet, auf der sich auch der nockenartige Vorsprung 22 befindet.

Wird nun die Schiebemuffe 6 nach dem Ausschwenken und Eindringen der nockenartigen Vorsprünge 22 der Flieh kraft-Sperrglieder in Richtung des Rückwärtsganges weiterbewegt, so liegen die Druckstücke 2 nicht an der Anlage 7 des Synchronringes 8 an. Die von den Kugeln 3, den Federn 4 und den Nuten 5 aufgebaute Überschie bekraft wird damit nicht auf dem Kegel des Synchron ringes 8, sondern über die Anlage der Fliehkraft- Sperrglieder 12 axial im Synchronkörper 1 aufgenommen. Entsprechend der Auslegung der Synchronisierung wird damit deren Sperrwirkung so weit reduziert, daß unge sperrt durchgeschaltet bzw. weitergeschaltet werden kann und dann beim Einspuren der Kuppelverzahnung 17 der Schiebemuffe 6 in die Kuppelverzahnung 18 des Zahnrades 19 des Rückwärtsganges das dabei gewünschte "Kratzen" auftritt. Gleichzeitig wird eine entspre chend am Schalthebel fühlbare Abweisung bemerkbar.

Die radialen Bewegungen der Fliehkraft-Sperrglieder 12 werden durch eine Anlage 20 (die in Fig. 1 gestrichel te Linie ist die Darstellung der Fliehgewichte in End stellung) an einer inneren Umfangswand bzw. entspre chenden Aussparung im Synchronkörper 1 begrenzt, um keine zusätzlichen Radial- und Reibungskräfte auf die Druckstücke 2 aufzubringen. Wie aus der Fig. 2 er sichtlich, sind die Nuten 16 in den Druckstücken 2 axial einseitig offen, und zwar auf der von dem Zahn rad 19 des Rückwärtsganges abgewandten Seite, so daß bei Schaltbewegungen für den gegenüberliegenden keine Verriegelungswirkung auftritt.

In den Fig. 4 und 5 ist ausschnittsweise eine ande re Ausführungsform für die Fliehkraft-Sperrglieder dargestellt, wobei für gleiche Teile auch die gleichen Bezugszeichen verwendet worden sind.

Anstelle von Schwenkhebel, wie bei dem vorstehend be schriebenen Ausführungsbeispiel, sind als Fliehkraft- Sperrglieder mehrere, über den Umfang verteilte feder artige Einrichtungen in Form von Schenkelfedern 12′ in Aussparungen 11 des Synchronkörpers 1 vorgesehen. Die se Lösung ist sehr kostengünstig, denn die Schenkel federn 12′ als Fliehkraft-Sperrglieder übernehmen gleichzeitig die Funktion der Rückstellfedern 13 nach den Ausführungsbeispielen in den Fig. 1-3. Bei Erreichen einer vorgegebenen Drehzahl spreizen sich die Schenkelfedern 12′ entsprechend auf, wobei jeweils deren eine Schenkeln in die Nuten 16 der Druckstücke 2 einrasten, während die jeweils anderen Schenkel zur Gegenhalterung in einen Schlitz 23 des Synchronkörpers 1 eingepreßt sind. (In der Fig. 4 ist die Sperrstel lung gestrichelt dargestellt.)

Zur Unterstützung können die Schenkelfedern 12′ auch noch durch Fliehgewichte 24, z. B. in Scheibenform, un terstützt werden, die in Radialnuten 26 des Synchron körpers 1 angeordnet sind und die aufgrund der Flieh kraft bei einer entsprechenden Drehzahl radial nach außen wandern und damit von der Unterseite her den je weils freien Schenkel der Schenkelfeder 12 in Richtung auf einen nach außen gerichtete Bewegung unterstützen. Durch eine derartige Ausgestaltung können zusätzlich Achsen und Bohrungen im Vergleich zu dem Ausführungs beispiel nach den Fig. 1-3 entfallen. Die Flieh gewichte 24 können in einfacher Weise in dem Synchron körper 1 durch einen aufgeschraubten oder aufgeniete ten Deckel 25 geführt und gehalten sein (siehe Fig. 5).

Statt der Fliehkraft-Sperrglieder nach den Fig. 1 - 3 und den Schenkelfedern 12′ nach den Fig. 4-5 können selbstverständlich auch noch andere Formen vor gesehen werden. Voraussetzung ist lediglich, daß diese in dem Synchronkörper gelagert sind und ab einer vor gegebenen Drehzahl in entsprechende Nuten 16 in den Druckstücken einrasten oder an Anschlägen der Druck stücke entsprechend derart anliegen, daß eine weitere axiale Verschiebung der Druckstücke verhindert wird.

Bezugszeichenliste

1 Synchronkörper
2 Druckstück
3 Kugel
4 Feder
5 Nut
6 Schiebemuffe
7 Anlage
8 Synchronring
9 Zahnradkonus
10 Achse
11 Aussparung
12 Fliehkraft-Sperrglieder
12' Schenkelfelder
13 Feder, Rückstellfeder
14 Endanschlag
15A Sperrschräge
15B Schräge
16 Nut
17 Kuppelverzahnung
18 Kuppelverzahnung
19 Zahnrad
20 Anlage
21 Getriebewelle
22 Vorsprung
23 Schlitz
24 Fliehgewicht
25 Deckel
26 Radialnut

Claims

1. Synchronisiereinrichtung für Zahnräderschaltge triebe mit mehreren Vorwärtsgängen und einem syn chronisierten Rückwärtsgang, wobei die Räder des Rückwärtsganges ständig miteinander in Eingriff stehen, und mit einer Schaltkupplung, die eine axial verschiebbare Schiebemuffe und einen gegen über der Schiebemuffe begrenzt bewegbaren Syn chronkörper und Druckstücke aufweist, wobei für den Rückwärtsgang bei überschreiten einer vorge gebenen Geschwindigkeit die Sperrfunktion der Syn chronisierung durch in Sperrstellung bringbare Fliehgewicht-Sperrglieder aufhebbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Fliehkraft-Sperrglieder (12, 12′) in radialen Aussparungen (11) des Synchronkörpers (1) angeord net sind, die ab einer vorgegebenen Drehzahl in den Verschiebeweg der Druckstücke (2) zu deren Blockage eingreifen, und daß die Synchronisierung bezüglich ihrer Sperrwirkung soweit reduziert ist, daß nach der Blockage der Druckstücke (2) die Schiebemuffe (6) auch bei Differenzdrehzahl zwi schen Synchronkörper (1) und Zahnrad (19) durch bzw. weiterschaltbar ist.

2. Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fliehkraft-Sperrglieder (12, 12′) mit nockenar tigen Vorsprüngen (22) in Nuten (16) der Druck stücke (2) einrasten.

3. Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß daß die Fliehkraft-Sperrglieder (12) als drehbar in Achsen (10) gelagerte Schwenkhebel ausgebildet sind.

4. Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 1, 2, oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (16) in den Druckstücken (2) axial zu der von dem Rückwärtsgang abgewandten Seite hin offen sind.

5. Synchronisiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die nockenartigen Vorsprünge (22) der Fliehkraft- Sperrglieder (12) auf ihren Eingriffseiten mit Ab schrägungen (15A) versehen sind.

6. Synchronisiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß daß die Radialbewegung der Fliehkraft-Sperrglieder (12) jeweils durch eine Anlage (20) im oder am Synchronkörper (1) begrenzbar ist.

7. Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fliehkraft-Sperrglieder durch eine oder meh rere federartige Einrichtungen (12′) gebildet sind, die in den Verschiebeweg der Druckstücke (2) zu deren Sperrung eingreifen.

8. Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die federartige Einrichtung als Schenkelfeder (12′) ausgebildet ist.

9. Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die federartige Einrichtung (12′) durch ein oder mehrere Fliehgewichte (24) unterstützt ist.

10. Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Fliehgewichte (24) als scheibenförmige, in Ra dialnuten des Synchronkörpers (1) eingesetzte Ele mente ausgebildet sind.