DE4203540A1

DE4203540A1 - Synchronisiereinrichtung fuer schaltkupplungen

Info

Publication number: DE4203540A1
Application number: DE4203540A
Authority: DE
Inventors: Peter Hartig; Klaus Christian
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1992-02-07
Filing date: 1992-02-07
Publication date: 1992-09-24
Also published as: IT1263154B; ITMI930193A0; FR2687198A1; JPH0610968A; ITMI930193A1

Description

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

Eine derartige Synchronisiereinrichtung für Schaltkupplungen ist in der DE-AS 26 59 448 beschrieben. Diese vorbekannte Synchronisiereinrichtung hat den Zweck, eine Verkürzung der Schaltwege am Betätigungsende des Schalthebels zu erzielen oder ohne Veränderung des Weges am Schalthebel die Schalthebelübersetzung zu vergrößern. Bei gleicher Kraft am Schalthebel steht damit entsprechend mehr Kraft an der Schaltmuffe für den Synchronisiervorgang zur Verfügung bzw. bei gleichbleibender Kraft an der Schaltmuffe muß eine entsprechend kleinere Kraft am Schalthebel aufgebracht werden.

Hierzu wird bei der DE-AS 26 59 448 vorgeschlagen, an zumindest zwei Stellen des Umfanges die Zähne der Schaltmuffe axial in Richtung auf den Kupplungskörper zu verlängern. Der Synchronisierring weist nur in den Bereichen der unverlängerten Zähne der Schaltmuffe Sperrzähne auf. Durch diese Ausgestaltung wird zusätzlich auch erreicht, daß der Schaltweg um das Maß der Verlängerung der Zähne der Schaltmuffe verkürzt wird.

Man hat nun festgestellt, daß sich während des Synchronisiervorgangs nach dem Entsperrvorgang wieder eine Differenzdrehzahl zwischen dem zu synchronisierenden Losrad und der mit der Abtriebswelle drehfest verbundenen Schiebemuffe aufbaut. Hierfür sind zwei Ursachen maßgebend, nämlich zum einen eine Verdrehung des Synchronisierringes und somit auch des Losrades gegenüber der Schaltmuffe während des Entsperrvorganges und zum anderen das auf den kupplungsseitigen Antriebsstrang, der ja nach dem Entsperren frei wird, einwirkende Getriebeverlustmoment.

Die vorstehend genannten beiden Ursachen summieren sich je nach Schaltrichtung positiv oder negativ. Die Differenzdrehzahl aus dem Getriebeverlustmoment hängt in erster Linie von der Höhe des Verlustmomentes und der Dauer des Durchschaltvorganges ab.

Aus diesem Grunde weisen die bekannten Innenkonus-Synchronisierungen im Schaltablauf sogenannte "zweite Punkte" beim Einspuren der Schaltmuffe in die Außenverzahnung des Kupplungskörpers auf. Die "zweiten Punkte" machen sich für den Fahrer durch einen erkennbaren Widerstand kurz vor Beendigung des Schaltvorganges bemerkbar.

Bei den bekannten Synchronisiereinrichtungen ist der Einspurwinkel der Schaltmuffe gleichzeitig auch der Sperrwinkel, wobei der Sperrwinkel durch die Vorgabe der Sperrsicherheit bestimmt wird. Daraus resultiert im allgemeinen ein Sperrwinkel von ca. 115 Grad. Dieser relativ stumpfe Winkel hat nun beim Einspuren den Nachteil, aus der Schaltkraft nur eine geringe Tangentialkomponente zu erzeugen. Je nach den vorhandenen getriebespezifischen Verlustgrößen kann dadurch das Einspuren leichter oder schwerer werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Synchronisiereinrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, durch die bei einfachem Aufbau und im wesentlichen gleicher Einbaugröße das Einspuren erleichtert wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die an der Schaltmuffe angeordnete Einspurverzahnung und die Sperrverzahnung voneinander getrennt und radial übereinander angeordnet sind.

Durch die erfindungsgemäße Trennung der beiden Verzahnungen voneinander können diese jeweils optimal und unabhängig voneinander auf die jeweiligen Getriebebedingungen abgestimmt werden. Dies bedeutet insbesondere, daß dadurch der Schaltvorgang und damit insbesondere auch das Einspuren erleichtert werden.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, daß diese einbaugleich mit den bekannten Baumaßen von Synchronisierungseinrichtungen ausgebildet werden kann und sich damit im Austausch einsetzen läßt. Im Vergleich zu Synchronisierungen anderer Bauart, wie z. B. Außenkonus-Synchronisierungen, wird bei der vorliegenden Erfindung, die sich auf Innenkonus-Synchronisierungen bezieht, eine geringere Paketbreite erreicht.

In einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist zu ersehen, daß die Zähne der Einspurverzahnung und die Zähne der Sperrverzahnung axial versetzt zueinander sind.

Diese Ausgestaltung ist im Hinblick auf die Sperrgeometrie und die übliche Konstruktionsart besonders vorteilhaft.

Dabei kann vorgesehen sein, daß die Einspurverzahnung axial weiter außen als die Sperrverzahnung in der Schaltmuffe angeordnet ist.

Ein weiterer Vorteil der axialen Versetzung der Einspurverzahnung gegenüber der Sperrverzahnung ergibt sich dann, wenn der axiale Versatz wenigstens annähernd der Dicke des Kupplungskörpers entspricht. In diesem Falle stellt die Sperrverzahnung gleichzeitig die axiale Wegbegrenzung der Schaltmuffe dar. Die Sperrgeometrie der Schaltmuffe kann nämlich bei der erfindungsgemäßen Lösung radial unter dem Fußkreis der Verzahnung des Kupplungskörpers angeordnet sein, womit diese damit eine Wegbegrenzung für eine weitere Verschiebung der Schaltmuffe darstellt bzw. damit den Schaltweg begrenzt.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus weiteren Unteransprüchen und aus dem nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispiel. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Synchronisiereinrichtung bekannter Bauart;

Fig. 2 einen Schnitt durch die erfindungsgemäße Synchronisiereinrichtung;

Fig. 3 die erfindungsgemäße Schaltmuffe mit den getrennt angeordneten Einspur- und Sperrverzahnungen;

Fig. 4 eine Prinzipdarstellung des Synchronisiervorganges im Zustand "Sperren";

Fig. 5 eine Prinzipdarstellung des Synchronisiervorganges im Zustand "Einspuren";

Fig. 6 eine Prinzipdarstellung des Synchronisiervorganges im Zustand "Geschaltet";

Fig. 7 ausschnittweise eine Ansicht der Synchronisiereinrichtung aus Pfeilrichtung A der Fig. 2.

Grundsätzlich ist die Synchronisiereinrichtung von bekannter Bauart und sie funktioniert auch in bekannter Weise, weshalb nachfolgend nur auf die für die Erfindung wesentlichen Teile näher eingegangen wird. Zur besseren Erläuterung sind dabei auch die wesentlichen Teile einer bekannten Synchronisiereinrichtung in der Fig. 1 dargestellt, wobei im Vergleich mit der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen, insbesondere der Fig. 2, die Unterschiede zu dem Ausführungsbeispiel sehr deutlich werden.

Eine Führungsmuffe 1, auch Synchronkörper genannt, ist auf einer nicht dargestellten Antriebswelle drehfest angeordnet. Über eine Verzahnung am Außenumfang der Führungsmuffe ist auf dieser eine Schaltmuffe 2 axial verschiebbar, wozu diese auf ihrer inneren Umfangswand ebenfalls mit einer entsprechenden Verzahnung versehen ist. An beiden stirnseitigen Außenbereichen ist bei der in Fig. 1 dargestellten Synchronisiereinrichtung nach dem Stand der Technik eine kombinierte Einspur- und Sperrverzahnung 3 angeordnet, die in bekannter Weise mit jeweils einem dazugehörigen Synchronisierring 4 und einem Kupplungskörper 5 in Eingriff gebracht werden kann. Jeder Kupplungskörper 5 ist wiederum mit einem nicht dargestellten Losrad drehfest verbunden.

Im Leerlauf befindet sich die Schaltmuffe 2 in axialer Mittelstellung. Die nicht dargestellten Losräder können sich frei auf ihrer Welle drehen. Der Drehzahlunterschied zwischen dem Synchronisierring 4 und dem Kupplungskörper 5 und das Schleppmoment zwischen ihren Reibflächen bewirken, daß der Synchronisierring 4 in üblicher Weise an einem Verdrehanschlag der Schaltmuffe anliegt. Die angeschrägten Zahnflächen der Schaltmuffe 2 und der Synchronisierring 4 stehen sich gegenüber.

Beim Schaltvorgang wird zunächst die Schaltmuffe 2 in Richtung auf den entsprechenden Kupplungskörper 5 geschoben. Die Zahnstirnflächen haben damit die Weiterleitung der Schaltkraft von der Schaltmuffe 2 direkt an den entsprechenden Synchronisierring 4 übernommen. Solange ein Drehzahlunterschied zwischen dem Synchronisierring 4 und dem dazugehörigen Kupplungskörper 5 besteht, ist das Reibmoment an den Kegelreibflächen 6 von Synchronisierring 4 und Kupplungskörper 5 größer als das Rückstellmoment durch die angeschrägten Zahnstirnflächen. Die Schaltmuffe 2 ist deshalb noch gegen Durchschalten in den Kupplungskörper 5 gesperrt.

Erst wenn der Drehzahlunterschied zwischen dem Synchronisierring 4 und dem Kupplungskörper 5 ausgeglichen und somit das Reibmoment aufgehoben ist, dreht die Schaltmuffe den Synchronisierring 4 in die Stellung "Zahn auf Zahnlücke" zurück. Über die Sperrverzahnung 7 des Synchronisierrings 4 hinweg wird dann die Schaltmuffe 2 in die ebenfalls stirnseitig angeschrägte Verzahnung 8 des Kupplungskörpers 5 eingeschoben.

Wie nun insbesondere aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich ist, sind die bekannte Einspur- und Sperrverzahnung an der Schaltmuffe 2 voneinander getrennt ausgebildet, wobei sich die Einspurverzahnung 9 in den stirnseitigen Außenbereichen radial und axial weiter außen befindet als die Sperrverzahnung 10. Diese Aufteilung wird dadurch erreicht, daß die Sperrverzahnung 10 durch entsprechend überhohe Zähne an der Schaltmuffe 2 gebildet wird (siehe insbesondere Fig. 3). Praktisch weist die Schaltmuffe 2 einen entsprechend nach innen ragenden Zahnringabsatz auf, der gegenüber der Einspurverzahnung 9 nach innen zurückversetzt ist.

Die Rückversetzung bzw. der axiale Versatz der Sperrverzahnung 10 entspricht wenigstens annähernd der Dicke des Kupplungskörpers 5 im Bereich des Schaltweges, wodurch dieser beim Schaltvorgang eine Wegbegrenzung für die Schaltmuffe 2 darstellt.

Aufgrund der Trennung der Einspurverzahnung 9 von der Sperrverzahnung 10 können nun die Zahnwinkel jeweils optimal auf ihre jeweiligen Aufgaben angepaßt werden. So können z. B. die Winkelbereiche für die Einspurverzahnung der Zähne zwischen 90 und 95 Grad betragen, während die Sperrwinkel der Zähne der Sperrverzahnung wenigstens 110 Grad betragen können.

Aus der Fig. 7, die eine Prinzipdarstellung der Synchronisiereinrichtung von der Seite, gemäß Pfeil A der Fig. 2, darstellt, sind die Lagen und Zuordnungen der jeweiligen Verzahnungen ersichtlich. Ein in dieser Figur ebenfalls dargestelltes Druckstück 11 dient in üblicher Weise zum Ansynchronisieren der Schaltmuffe 2.

Anhand der Fig. 4 bis 6 wird nachfolgend die Funktionsweise der Synchronisiereinrichtung beschrieben.

Die Fig. 4 zeigt in Prinzipdarstellung die Lage der einzelnen Teile der Synchronisiereinrichtung in Sperrstellung. Die Fig. 5 zeigt die Lage der einzelnen Teile während des Einspurens und die Fig. 6 zeigt den geschalteten Zustand.

Im jeweils mittleren Bereich der Fig. 4 und 5 ist ein Teil der Abwicklung mit der Verzahnung dargestellt.

Wie aus der Fig. 4 ersichtlich ist, wird die Schaltmuffe 2 für einen Schaltvorgang im dargestellten Ausführungsbeispiel nach rechts verschoben, wobei zuerst die Sperrverzahnung 10 der Schaltmuffe mit der Sperrverzahnung 7 des Synchronisierrings 4 in Eingriff gerät (siehe auch Fig. 2). Der Außendurchmesser des Synchronisierrings 4 ist dabei so gewählt, daß die Einspurverzahnung 9 der Schaltmuffe über den Synchronisierring 4 hinweggeschoben werden kann. Anders ausgedrückt: Die Zähne der Einspurverzahnung 9 der Schaltmuffe 2 liegen, bezogen auf die Zähne der Sperrverzahnung 10 der Schaltmuffe 2, radial so weit außen, daß sie den Synchronisierring 4 überfahren können. Entsprechend besitzt der Kupplungskörper 5 mit seiner Verzahnung 8 auch einen größeren Außendurchmesser als der Synchronisierring 4, damit die Einspurverzahnung 9 in die Verzahnung 8 des Kupplungskörpers 5 einspuren kann.

Solange ein Drehzahlunterschied zwischen dem Synchronisierring 4 und dem Kupplungskörper 5 besteht, ist ein Durchschalten der Schaltmuffe 2 in den Kupplungskörper 5 jedoch noch gesperrt. Erst wenn Gleichlauf zwischen den genannten Teilen herrscht, kann die Schaltmuffe 2 geschaltet werden, wobei deren Einspurverzahnung 9 mit der Verzahnung 8 des Kupplungskörpers 5 in Eingriff kommt, womit der Schaltvorgang beendet ist. Dabei wird das Einspuren aufgrund des kleineren Einspurwinkels der Zähne der Einspurverzahnung 9 erleichtert, so daß der sogenannte "zweite Punkt", d. h. ein Widerstand bzw. eine größere Kraft beim Einspurvorgang, nicht oder wenigstens nicht deutlich spürbar auftritt.

Aus den dargestellten Abwicklungen in den Fig. 4 und 5 ist auch ersichtlich, daß an der Schaltmuffe 2 drei Sperrzähne der Sperrverzahnung 10 wegen des Tangentialfreigangs der Synchronisierringnocken fehlen. Diese drei Zähne fehlen jeweils dreimal am Umfang der Schaltmuffe 2.

Bezugszeichen

1 Führungsmuffe
2 Schaltmuffe
3 Einspur- und Sperrverzahnung
4 Synchronisierring
5 Kupplungskörper
6 Kegelreibflächen
7 Sperrverzahnung
8 Verzahnung
9 Einspurverzahnung
10 Sperrverzahnung
11 Druckstück

Claims

1. Synchronisiereinrichtung für Schaltkupplungen, insbesondere von Schaltgetrieben für Kraftfahrzeuge, mit einer durch axiales Verschieben mit einer Welle drehstarr verbindbaren und mit einer Innenverzahnung versehenen Schaltmuffe, mit einem mit einer Außenverzahnung versehenen Kupplungskörper sowie mit einem Synchronisierring, der in Umfangsrichtung mit der Schaltmuffe über eine Außenverzahnung in formschlüssiger und mit dem Kupplungskörper in reibschlüssiger Verbindung steht, wobei die Schaltmuffe eine Einspur- und Sperrverzahnung aufweist, die ein Ineingriffkommen der Einspurverzahnung der Schaltmuffe mit der Außenverzahnung des Kupplungskörpers erst bei Synchrondrehzahl zuläßt, dadurch gekennzeichnet, daß die an der Schaltmuffe (2) angeordnete Einspurverzahnung (9) und die Sperrverzahnung (10) voneinander getrennt und radial übereinander angeordnet sind.

2. Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne der Einspurverzahnung (9) und die Zähne der Sperrverzahnung (10) axial versetzt zueinander sind.

3. Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Einspurverzahnung (9) axial weiter außen als die Sperrverzahnung (10) in der Schaltmuffe (2) befindet.

4. Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der axiale Versatz wenigstens annähernd der Dicke des Kupplungskörpers (5) zur Wegbegrenzung entspricht.

5. Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspurverzahnung (9) radial weiter außen als die Sperrverzahnung (10) angeordnet ist.

6. Synchronisiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Aufteilung der Einspurverzahnung (9) und der Sperrverzahnung (10) durch überhohe Zähne an der Schaltmuffe (2) gebildet ist.

7. Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Aufteilung der überhohen Zähne an den stirnseitigen Außenbereichen liegt.

8. Synchronisiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Einspurwinkelbereich der Zähne der Einspurverzahnung (9) zwischen 90 und 95 Grad beträgt.

9. Synchronisiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Sperrwinkel der Zähne der Sperrverzahnung (10) wenigstens 110 Grad beträgt.