DE4444380A1

DE4444380A1 - Selbstverstärkende Synchronisierung

Info

Publication number: DE4444380A1
Application number: DE19944444380
Authority: DE
Inventors: Thomas Mueller
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1994-12-14
Filing date: 1994-12-14
Publication date: 1996-06-20
Also published as: WO1996018828A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Synchronisiereinrichtung für Stufenwechselgetriebe von Kraftfahrzeugen zur Drehzahlanglei chung einer die Synchronisiereinrichtung tragenden ersten Welle an wenigstens einem Zahnrad oder eine zweite Welle, mit einem auf der ersten Welle drehfest angeordneten Synchronkör per, einer auf dem Synchronkörper drehfest, aber axial ver schiebbar angeordneten Schiebemuffe, wenigstens einem an dem zu schaltenden Zahnrad oder der zu schaltenden Welle vorgese henen Kupplungskörper mit Reibeinrichtung und wenigstens einem zwischen Kupplungskörper und Synchronkörper angeordne ten Element mit Reibeinrichtung und Sperreinrichtungen zur Vermeidung der Verbindung von Kupplungskörper und Schiebe muffe, bevor die Drehzahlangleichung erfolgt ist.

Für die Übertragung der Antriebsleistung und die Anpas sung des Motordrehmomentes an den Zugkraftbedarf eines Fahr zeugs werden heute praktisch ausschließlich mehrstufige Zahn radgetriebe eingesetzt.

Die Getriebeschaltung kann mit Hilfe einer Synchroni siereinrichtung erheblich vereinfacht werden. Beim Synchroni sieren wird die Drehzahlanpassung der miteinander zu verbin denden Getriebeelemente selbsttätig oder gesteuert durchge führt, um so das Doppelkuppeln beim Hochschalten bzw. das Doppelkuppeln mit Zwischengasgeben beim Rückschalten zu ver meiden. Die Fahrsicherheit wird deutlich erhöht, da der Gang wechsel auch in kritischen Fahrsituationen schnell, sicher und auch geräuschlos möglich ist, beispielsweise kann der rechte Fuß des Fahrers beim Bergabfahren während einer Rück schaltung auf der Bremse bleiben.

Eine Synchronisierung hat folgende Aufgaben zu erfüllen:

- Drehzahlanpassung von zwei unterschiedlich schnell ro tierenden Getriebeelementen und der damit verbundenen Teile so, daß sie ohne Ratschgeräusch formschlüssig mit einander verbunden werden können;
- Sperren der formschlüssigen Verbindung bis zum Gleich lauf der zu verbindenden Getriebeelemente, um Ratschen und Beschädigungen der formschlüssigen Schaltelemente zu verhindern;
- Lösen der Sperre im Augenblick des Gleichlaufs;
- Drehzahlanpassung innerhalb kürzester Zeit und mit mög lichst geringen Schaltkräften;
- Betriebssicherheit auch unter ungünstigen Umständen, wie beispielsweise bei kaltem, zähem Getriebeöl oder bei extrem schnellem Durchreißen der Gänge.

In den heutigen synchronisierten Fahrzeuggetrieben wer den überwiegend Synchronisiereinrichtungen für jeden einzel nen Gang eingesetzt.

Weite Verbreitung hat dabei die Sperrsynchronisierung mit Konus gefunden. Bei diesem System werden konische Reibkegel für die kraftschlüssige Drehzahlanpassung der zu verbindenden Getriebeelemente eingesetzt. Diese Art der Synchronisierung findet sowohl in Personenwagen- als auch in Nutzfahrzeugge trieben Verwendung.

Zahnrad und zugehöriger Kupplungskörper sind fest miteinander verbunden. Der Kupplungskörper hat einen konischen Reibkegel und trägt außen die Schaltverzahnung. Die Schiebemuffe ist verdrehfest, aber axial verschiebbar auf dem Synchronkörper, der fest auf der Getriebehauptwelle sitzt, angeordnet. In Aussparungen des Synchronkörpers befinden sich je eine Druck feder, ein Kugelbolzen und ein Druckstück. Die Federn drücken die Kugelbolzen in Mittelstellung der Schiebemuffe durch eine Bohrung im Druckstück in eine Aussparung der Schiebemuffe. Zwischen Kupplungskörper und Synchronkörper ist der Synchron ring angeordnet, der gegenüber dem Synchronkörper eine durch Anschläge begrenzte Drehbewegung ausführen kann. Der Syn chronring hat ebenfalls einen Reibkonus und trägt am Außen durchmesser die sogenannte Sperrverzahnung.

Im Leerlauf befindet sich die Schiebemuffe in axialer Mittelstellung. Die Zahnräder können sich frei auf der Ge triebehauptwelle drehen. Durch axiales Bewegen der Schiebe muffe wird der Synchronring mittels Kugelbolzen und Druck stücken gegen den konischen Reibkegel des Kupplungskörpers gedrückt. Durch den Drehzahlunterschied der zu kuppelnden Teile wird der Synchronring relativ zur Schiebemuffe bis zum Anschlag verdreht. Die Sperrverzahnung verhindert in dieser Stellung die weitere axiale Bewegung der Schiebemuffe. Übt der Fahrer Druck auf den Schalthebel aus, setzt sich das über das Schaltgestänge bis zur Schiebemuffe fort. Die auf die Schiebemuffe wirkende axiale Schaltkraft wird über die angeschrägte Verzahnung auf die Reibkegel von Synchronring und Kupplungskörper übertragen, am Reibkegel verstärkt, in ein Drehmoment umgewandelt und bewirkt so eine Verminderung der Drehzahldifferenz, und zwar um so schneller, je höher Schaltkraft und damit Synchronisierdrehmoment sind. Die An schrägung der Sperrverzahnung ist so ausgelegt, daß das mit tels Schaltkraft über die Schiebemuffe am Synchronring er zeugte Drehmoment kleiner ist als das ihm entgegengesetzt wirkende Reibmoment am Konus. Nach Erreichen des Gleichlaufs wird der Synchronring durch den anhaltenden Schaltdruck der Schiebemuffe so weit zurückgedreht, bis die Zähne der Schie bemuffe vor den Zahnlücken des Synchronringes stehen und ein Durchtritt durch die Sperrverzahnung zum geräuschlosen Ein schalten des Ganges möglich ist.

Aus Gründen der Betriebssicherheit, der Standfestigkeit und auch, um mit möglichst geringen Schaltkräften auszukom men, muß natürlich alles stimmen: Konuswinkel, Reibwert und Viskosität des Öls, Dachwinkel der Sperrverzahnung, Feder kraft der Druckfedern und Materialpaarung der Reibpartner. Synchronringe bestehen in der Regel aus Buntmetall oder Sin terstahl, die mit einer Beschichtung, beispielsweise Molyb dän, versehen sein können, der Gegenkonus aus Stahl, Nuten und Rillen in den Reibflächen der Synchronringe sorgen dafür, daß der darauf haftende Ölfilm zu Beginn des Schaltvorganges zerschnitten und abgeführt wird, denn in diesem Moment ist Schmierung unerwünscht, es soll ja ein rascher Aufbau des erforderlichen Reibwerts erfolgen.

Die von den Druckfedern auf die Schiebemuffe ausgeübte Kraft muß so ausgelegt sein, daß zum Schaltbeginn einerseits ein sicherer Aufbau der Sperrwirkung gewährleistet ist und ande rerseits die Kraft nach hergestelltem Gleichlauf am Schalt element nicht zu hoch wird. Bei einem Viergang-Getriebe be sorgen jeweils eine Synchronisiereinrichtung für den ersten und zweiten Gang und eine weitere für den dritten und vierten Gang den Gleichlauf. Sind fünf Gänge vorhanden, werden drei Synchronisiereinrichtungen verlangt, ebenso bei sechs Gängen.

Aus der DE-OS 28 20 774 ist eine Synchronisiereinrich tung für Schaltgetriebe bekannt, insbesondere Schaltgetriebe für Kraftfahrzeuge, die im wesentlichen gebildet wird primär seitig von einem Synchronkörper, der auf einer Getriebewelle drehfest, aber axial verschiebbar angeordnet ist, von einer diesen Synchronkörper umgebenden und auf diesem in einer Ver zahnung geführten, axial verschiebbaren Schaltmuffe und von einem Synchronring, der mit sich radial erstreckenden Zapfen in Ausnehmungen des Synchronkörpers geführt ist sowie sekun därseitig von einem Kupplungskörper, der drehfest und axial nicht verschiebbar auf dem zu kuppelnden Zahnrad angeordnet ist, das seinerseits drehbar, aber axial nicht verschiebbar auf der Getriebewelle gelagert ist. Zum Synchronisieren wird zunächst von der Schaltmuffe und dem Synchronkörper der Syn chronring so weit über den Kupplungskörper geschoben, daß sich ein Innenkonus des Synchronkörpers mit einem Außenkonus des Kupplungskörpers berühren, worauf Sperreinrichtungen ein Übergreifen der Schaltmuffe auf eine Kupplungsverzahnung des Kupplungskörpers so lange verhindern, bis zwischen den pri märseitigen und den sekundärseitigen Teilen keine Drehzahl differenzen mehr bestehen und die Innenverzahnung der Schalt muffe in die Außen- bzw. Kupplungsverzahnung des Kupplungs körpers eingreifen kann.

Aus der vorstehenden Schilderung der Wirkungsweise übli cher sperrsynchronisierter Stufengetriebe folgt, daß der Syn chronisiervorgang in hohem Maße davon abhängt, wie der Fahrer des Kraftfahrzeuges den Gangwechsel durch Betätigen des Schalthebels vollzieht. Wird nämlich die Schaltmuffe relativ kräftig verschoben und der Synchronring infolgedessen mit großem Anpreßdruck in Anlage an die Gegenfläche des zweiten Zahnrades gebracht, entsteht sofort ein relativ großes Reib moment und die Drehzahlangleichung erfolgt verhältnismäßig schnell. Umgekehrt gleichen sich die Drehzahlen nur sehr langsam aneinander an, wenn die Schaltmuffe nur mit geringer axialer Betätigungskraft ausgelenkt wird. Naturgemäß hat dies Einfluß auf die Schaltzeit, weil der Drehzahlgradient des abzubremsenden oder zu beschleunigenden Rades vom Betrag des Reibmomentes abhängt und direkt die Schaltzeit beeinflußt.

Auch der Verschleiß an den Reibflächen des Synchronrin ges bzw. an der Gegenfläche und auch der Verschleiß an den Verzahnungen hängt naturgemäß von der Kraft ab, mit der die Schaltmuffe axial ausgelenkt wird.

Um die Schaltkraft beeinflussen und insbesondere ver stärken zu können, wurden bereits verschiedene Maßnahmen vor geschlagen.

So beschreibt die DE-OS 37 32 525 ein Stufengetriebe für Kraftfahrzeuge mit Synchronisiereinrichtungen. Um synchroni sierte Schaltvorgänge mit konstanter Schaltzeit ausführen zu können, die unabhängig von der manuell auf gewandten Schalt kraft ablaufen, weist ein Element der Synchronisiereinrich tung eine zu einer Radialebene schräg angestellte erste Keil fläche auf, die an einer zugeordneten zweiten Keilfläche an liegt, die mit einem zu verbindenden Zahnrad drehstarr ver bunden ist. Dabei wird das genannte Element der Synchroni siereinrichtung bei Herstellung des Reibschlusses mit einer axial wirkenden Kraft beaufschlagt, die auf eine Gegenreib fläche am Kupplungskörper eines zu schaltenden Zahnrades ge richtet ist.

Bei den bekannten Konstruktionen von Synchronisierungen, die auf dem beispielsweise aus der DE-OS 28 20 774 bekannten Prinzip beruhen, tritt bei der Verwendung von Servo-Elementen ein für die Funktion wesentliches Problem auf. Die Synchron ringe werden mit Servo-Schrägen versehen, die an Gegenschrä gen am Synchronkörper durch das Synchronmoment auflaufen und dadurch eine Servo-Kraft erzeugen. Zusätzlich haben die Syn chronringe noch die Funktion, mit ihrer Sperrverzahnung die Schiebemuffe am Verschieben in Richtung Kupplungsverzahnung zu hindern, solange eine Drehzahldifferenz zwischen der Ver zahnung der Schiebemuffe und der Verzahnung am Kupplungskör per vorhanden ist. Die Erfüllung dieser beiden Funktionen, Servo-Krafterzeugung und Definition der Sperrstellung, kann nicht gleichzeitig durch einen Synchronring erfüllt werden. Der Verdrehwinkel bis zur Sperrstellung ist durch die Teilung der Sperrverzahnung vorgegeben. Der nötige Verdrehwinkel bis zum gegenseitigen Auflaufen der Servo-Schrägen nimmt jedoch proportional mit dem Verschleiß des Synchronringes zu. Da sich der Synchronring jedoch nur bis zu seiner Sperrstellung verdrehen kann, kommen die Servo-Schrägen nicht mehr in Kon takt. Eine Servo-Wirkung findet nicht mehr statt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Stufenge triebe der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß der Synchronisierungsvorgang teilweise unabhängig von der vom Fahrer aufgewandten Schaltkraft abläuft und vom Fahrer auch während des Synchronisiervorganges rückgängig gemacht werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Ausgestaltungen sind in Unteransprü chen aufgeführt. Das bisherige Bauteil Synchronring wird auf geteilt in zwei Bauteile mit unterschiedlichen Funktionen. Ein erstes Bauteil übernimmt die Funktionen, die auch bisher dem Synchronring zugeordnet waren. So dient das erste Bauteil der Bildung einer Sperrstellung, damit die Kupplungsverzah nung der Schiebemuffe nicht vor der Angleichung der Drehzah len von Schiebemuffe und zu schaltendem Zahnrad in die mit der zu schaltenden verbundenen Kupplungsverzahnung eingreifen kann.

Das zweite Bauteil übernimmt die Funktionen eines Servo-Ele mentes, das die Schaltkraft des Fahrers unterstützt. Beide Funktionsgruppen laufen getrennt voneinander ab und beein flussen sich daher nicht gegenseitig.

Befinden sich zwischen zwei Bauteilen einer Verstär kungseinrichtung abgewinkelte Bestandteile als verstärkende Schrägen (Servo-Schrägen), so weisen diese Bauteile relativ zueinander zwei Freiheitsgrade auf. Es ergeben sich in einer Synchronisierung zwei Möglichkeiten:

Radial-Servo:
Hier muß ein tangentialer und ein radialer Freiheitsgrad zwi schen den beiden Bauteilen vorhanden sein. Durch den tangen tialen Freiheitsgrad lassen sich die beiden Bauteile gegen einander verdrehen, wodurch ein Auflaufen der Servo-Schrägen stattfindet. Der radiale Freiheitsgrad ermöglicht ein Auswei chen des Bauteils in radialer Richtung.

Axial-Servo:
Hier muß ein tangentialer und ein axialer Freiheitsgrad zwi schen den beiden Bauteilen vorhanden sein. Ein Auflaufen der Servo-Schrägen wird durch den tangentialen Freiheitsgrad er möglicht. Durch den axialen Freiheitsgrad kann ein Bauteil in axialer Richtung ausweichen.

Die Schaltkraft des Fahrers wird in bekannter Weise über einen Schalthebel und ein mit dem Schalthebel verbundenes Gestänge in ein Handschaltgetriebe eingeleitet, wo es über Schaltschienen und mit den Schaltschienen verbundenen Schalt gabeln auf Schiebemuffen übertragen wird. Die Schaltgabeln greifen dabei üblicherweise derart gleitend in die Schiebe muffen ein, daß sich die Schiebemuffen mit der jeweiligen Welle, auf der sich die zu schaltende Synchronisiereinrich tung befindet, umlaufen kann. Durch diese beschriebene Anord nung hat der Fahrer während des Schaltvorganges jederzeit Zugriff auf die Schiebemuffe, um diese in Richtung auf ein zu schaltendes Zahnrad zuzubewegen oder aber auch um die Schie bemuffe von dem zu schaltenden oder geschalteten Zahnrad weg zubewegen in eine Neutralstellung oder auch in jede beliebige Zwischenstellung zwischen der Neutralstellung der Synchroni siereinrichtung auf der einen Seite und der eingeschalteten Stellung eines zu schaltenden Zahnrades auf der anderen Seite.

Mit der Schiebemuffe ist das Bauteil, das die Funktion eines verstärkenden Servo-Elementes übernimmt, in axialer Richtung formschlüssig verbunden, so daß die verstärkende Funktion dieses Servo-Elementes über die Schiebemuffe jeder zeit vom Fahrer beeinflußbar ist. In tangentialer Richtung kann das Servo-Element innerhalb der Schiebemuffe gleiten. Der Fahrer kann beim Synchronisiervorgang die verstärkende Wirkung jederzeit kontrollieren und somit auch abbrechen.

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 Kombinatio nen oder auch in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Die Erfindung wird anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Schnitt durch die erfindungsgemäße Synchroni sierung;

Fig. 2 Darstellung des Servo-Elements in Seitenan sicht;

Fig. 3 Darstellung nach Fig. 2 in Draufsicht;

Fig. 4 Darstellung nach Fig. 2 im Schnitt;

Fig. 5 Draufsicht auf einen abgewickelten Teil des Synchronkörpers und

Fig. 6 Teil-Seitenansicht nach Fig. 1.

Die Fig. 1 zeigt die Darstellung der erfindungsgemäßen Synchronisierung 2 im Schnitt. Auf einer hier nicht darge stellten Welle ist ein Synchronkörper 4 drehfest und axial nicht verschieblich angeordnet. Auf beiden Seiten des Syn chronkörpers 4 ist je ein Kupplungskörper 6 und 8 angeordnet. Jeder der Kupplungskörper 6 und 8 ist mit je einem hier nicht gezeigten Zahnrad drehfest verbunden. Eine Ausführungsform dergestalt, daß das Zahnrad auch den Kupplungskörper bildet, ist ebenfalls möglich. Der Kupplungskörper 6 ist mit einer Kupplungsverzahnung 10 ausgestattet, während der Kupplungs körper 8 eine Kupplungsverzahnung 12 aufweist. Der Kupplungs körper 6 weist weiterhin eine Reibungsfläche 14 auf. Eine entsprechende Reibungsfläche 16 ist auch am Kupplungskörper 8 angeordnet. Zwischen dem Synchronkörper 4 und dem Kupplungs körper 6 ist ein Synchronring 18 vorgesehen, der eine Rei bungsfläche 20 trägt, die derart angeordnet ist, daß sie mit der Reibungsfläche 14 am Kupplungskörper 6 in Kontakt treten kann. Weiterhin weist der Synchronring 18 eine Sperrverzah nung 22 auf. Zwischen dem Synchronkörper 4 und dem Kupplungs körper 8 ist ein Synchronring 24 vorgesehen, der eine Rei bungsfläche 26 trägt, die derart angeordnet ist, daß sie mit der Reibungsfläche 16 am Kupplungskörper 8 in Kontakt treten kann. Der Synchronring 24 weist eine Sperrverzahnung 28 auf. Die Synchronringe 18 und 24 weisen Nasen 30 und 32 auf, die jeweils in Richtung auf die Mittellinie 34 der Synchronisie rung 2 ragen. Diese Nasen 30 und 32 sind gleichmäßig auf dem Umfang der Synchronringe 18 und 24 verteilt, so daß ein Syn chronring 18 beispielsweise drei um jeweils 120° zueinander versetzt angeordnete Nasen 30 aufweist. Die Sperrverzah nung 22 ragt dabei bis an das der Mittellinie 34 zugewandte Ende der Nase 30 heran. Die Funktion dieser Nasen 30, 32 wird später näher erläutert.

Der Synchronkörper 4 weist an seinem Umfang Aussparungen auf, in denen das Servo-Element 36 angeordnet ist. Beispielsweise können drei derartige Servo-Elemente 36 jeweils um 1200 ver setzt am Umfang vorgesehen sein. Dabei ist die Zahl der Aus sparungen im Synchronkörper 4 und die Zahl der Servo-Elemen te 36 und die Anzahl der Nasen 30, 32 an den Synchronrin gen 18, 24 gleich. Jeder Nase 30, 32 ist ein Servo-Element 36 zugeordnet.

Der Synchronkörper 4 weist weiterhin Servo-Schrägen 35 und 37 auf, die in Fig. 1 nicht geschnitten dargestellt sind. Diese Servo-Schrägen 35, 37 werden in Fig. 5 genauer beschrieben.

Das Servo-Element 36 weist zwei Sperrnuten 38 auf, die sich im Bereich der Mitte des Servo-Elementes 36 an Sperrver zahnungen 40, 42 verengen. Die Sperrverzahnung 40 kann beim Verschieben des Servo-Elementes 36 auf dem Synchronkörper 4 in eine Richtung mit der Sperrverzahnung 28 des Synchronrin ges 24 in Kontakt gebracht werden, während beim Verschieben des Servo-Elementes 36 in die andere Richtung die Sperrver zahnung 42 am Servo-Element 36 mit der Sperrverzahnung 22 am Synchronring 18 in Kontakt gebracht werden kann. Die Breite der Sperrnuten 38 ist in den äußeren Bereichen derart dimen sioniert, daß ein tangentiales Spiel der Sperrverzahnun gen 22, 28 der Synchronringe 18, 24 ermöglicht ist.

Das Servo-Element 36 weist weiterhin eine Führungsschie ne 44 auf, mit der das Servo-Element 36 in einer Führungs nut 46 innerhalb der Schiebemuffe 48 tangential frei beweg lich ist. Eine axiale Bewegung der Schiebemuffe 48 wird durch die Führungsnut 46 auf die Führungsschiene 44 am Servo-Ele ment 36 übertragen.

Die Schiebemuffe 48 weist in bekannter Weise eine kreisförmig die Schiebemuffe 48 umgebende Aussparung 50 auf, in der bei spielsweise eine hier nicht gezeigte Schaltgabel angeordnet ist, durch die die vom Bediener eingeleitete Schaltkraft auf die Synchronisierung 2 übertragen wird. Die nicht ausgezogene Linie 52 bezeichnet einen Schnitt B-B durch das Servo-Ele ment 36, wie er in der Fig. 5 gezeigt ist. Am Innenumfang weist die Schiebemuffe 48 eine Kupplungsverzahnung 53 auf, die auf der einen Seite in eine Kupplungsverzahnung 10 am Kupplungskörper 6 beim Verschieben der Schiebemuffe 48 in eine erste Richtung nach Drehzahlanpassung von Synchronkör per 4 und Kupplungskörper 6 eingreifen kann und die auf der anderen Seite in eine Kupplungsverzahnung 12 am Kupplungskör per 8 beim Verschieben der Schiebemuffe 48 in eine zweite Richtung, die der ersten Richtung entgegengesetzt ist, nach Drehzahlanpassung von Synchronkörper 4 und Kupplungskörper 8 eingreifen kann.

In den Fig. 2, 3 und 4 ist das Servo-Element 36 in ver schiedenen Darstellungen gezeigt. Die Fig. 2 zeigt das Servo- Element 36 in einer Seitenansicht. Dabei sind die beiden Sperrnuten 38 zu erkennen. Die Anzahl der Sperrnuten ist nicht auf zwei begrenzt, vielmehr wird der Fachmann die An zahl der Sperrnuten und ihre Dimensionierung an die jeweili gen Anforderungen anpassen. Das Servo-Element 36 ist mit Ser vo-Schrägen 54 und 55 ausgestattet, deren Schrägungswinkel, je nach gewünschtem Verstärkungsfaktor zwischen 10° und 80°, vorzugsweise in einem Bereich von 60° bis 80° liegen kann. Als besonders vorteilhaft hat sich ein Winkel von 78° erwie sen. Der Schrägungswinkel wird gemessen zwischen den jeweili gen Servo-Schrägen und der Mittellinie 56 (Fig. 3).

Die Fig. 3 zeigt das Servo-Element in der Draufsicht. Es sind weitere Servo-Schrägen 58, 60 am Servo-Element 36 ange ordnet, die den Servo-Schrägen 54, 55 hier achssymmetrisch zur Mittellinie 56 gegenüberliegen. Die Schrägungswinkel kön nen jedoch auch an allen vier Servo-Schrägen 54, 55, 58, 60 unterschiedlich gewählt werden. Dadurch sind Konstantschalt kräfte, beispielsweise bei Hoch- und Rückschaltvorgängen, zu erreichen. Die Sperrnuten 38 mit den Sperrverzahnungen 40 und 42 sind mit unterbrochenen Linien angedeutet, wobei die Sperrverzahnungen 40, 42 hier unterhalb der Führungs schiene 44 angeordnet sind. Die Schrägungswinkel der Sperr verzahnungen 40, 42 ergeben sich aus den jeweiligen Anforde rungen und liegen in den Winkelbereichen üblicher Sperrver zahnungen für Synchronisierungen.

Die Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch das Servo-Ele ment 36, der durch eine Sperrnut 38 hindurch ausgeführt wurde. Das Servo-Element 36 weist dabei die Sperrverzahnun gen 40, 42 im Bereich der Sperrnut 38 auf und zeigt die Füh rungsschiene 44, mit deren Hilfe das Servo-Element 36 in der Schiebemuffe geführt wird.

Die Fig. 5 zeigt eine Draufsicht auf einen abgewickelten Ausschnitt des Synchronkörpers 4 ohne Schiebemuffe nach Schnitt B-B aus Fig. 1. Die Linie 62 zeigt einen Schnitt A-A an, den die Fig. 1 darstellt. Der Synchronkörper 4 weist eine Kupplungsverzahnung 64 auf, die im Bereich des Servo-Elemen tes 36 unterbrochen ist. Dabei läuft die Kupplungsverzah nung 64 in Richtung auf das Servo-Element 36 in Form von Servo-Schrägen 35, 37 aus der einen Richtung bzw. in Form von Servo-Schrägen 66, 68 aus der anderen Richtung aus. Die Servo-Schräge 35 am Synchronkörper 4 ist derart ausgestaltet, daß sie mit der Servo-Schräge 58 am Servo-Element 36 eine Paarung bildet und beide Servo-Schrägen 35, 58 aufeinander gleiten können. Die jeweiligen Schrägungswinkel sind aufein ander angepaßt. Die Servo-Schräge 37 am Synchronkörper 4 ist derart ausgestaltet, daß sie mit der Servo-Schräge 54 am Servo-Element 36 eine Paarung bildet und beide Servo-Schrä gen 37, 54 aufeinander gleiten können. Die Servo-Schräge 66 am Synchronkörper 4 ist derart ausgestaltet, daß sie mit der Servo-Schräge 60 am Servo-Element 36 eine Paarung bildet und beide Servo-Schrägen 66, 60 aufeinander gleiten können. Die Servo-Schräge 68 am Synchronkörper 4 ist derart ausgestaltet, daß sie mit der Servo-Schräge 55 am Servo-Element 36 eine Paarung bildet und beide Servo-Schrägen 68, 55 aufeinander gleiten können.

Zwischen Synchronkörper 4 und Kupplungskörper 8, der die Kupplungsverzahnung 12 trägt, ist der Synchronring 24 ange ordnet. Die Sperrverzahnung 28 am Synchronring 24 wird in dieser Darstellung zum überwiegenden Teil vom Servo-Ele ment 36 verdeckt. Zwischen Synchronkörper 4 und Kupplungskör per 6, der die Kupplungsverzahnung 10 trägt, ist der Syn chronring 18 angeordnet. Die Sperrverzahnung 22 am Synchron ring 18 ragt in die Sperrnuten 38 hinein. Am inneren Ende der Sperrnuten 38 ist die Sperrverzahnung 42 am Servo-Element 36 vorgesehen. Die Sperrverzahnungen 22 und 28 an den Synchron ringen 18 und 24 sind auf hier nicht gezeigten Nasen 30 und 32 angeordnet, die in Aussparungen 70 und 72 im Synchronkör per 4 hineinragen.

Die Fig. 6 zeigt eine Teil-Seitenansicht der Synchroni sierung 2 mit dem Synchronkörper 4, der an seinem äußeren Um fang die Kupplungsverzahnung 64 aufweist. In diese Kupp lungsverzahnung 64 greift die am inneren Umfang der Schiebe muffe 48 vorgesehene Kupplungsverzahnung 53 ein. Die Kupp lungsverzahnung 64 am Synchronkörper 4 ist im Bereich einer Aussparung unterbrochen, innerhalb derer das Servo-Element 36 angeordnet ist. Der Synchronkörper 4 weist weiterhin Servo- Schrägen 35 und 66 auf, die einander gegenüberliegen. Die Servo-Schräge 35 liegt dabei einer Servo-Schräge 54 und die Servo-Schräge 66 einer Servo-Schräge 55 jeweils am Servo-Ele ment 36 gegenüber. Die Führungsschiene 44 am Servo-Element 36 ragt in die Führungsnut 46 in der Schiebemuffe 48 hinein. Die Sperrverzahnungen 28 des hier nicht gezeigten Synchronrin ges 24 ragen in die Sperrnuten 38 am Servo-Element 36 hinein.

Alle genannten Verzahnungen weisen vorzugsweise Dach schrägen auf. Die Kupplungsverzahnung (10, 12, 53) kann auch stumpf ausgeführt sein, d. h., sie weist keine Anspitzung auf. Das Ende der Verzahnung weist eine Fläche auf, die senk recht zu der Längsachse der Verzahnung gebildet ist.

Das Servo-Element 36 ist in der Schiebemuffe 48 in einer Führungsnut 46 angeordnet, wodurch es mit der Schiebemuffe 48 in axialer Richtung formschlüssig verbunden ist. In tangen tialer Richtung läßt sich das Servo-Element 36 in der Schie bemuffe 48 verschieben. Durch ein Verschieben der Schiebemuf fe 48, beispielsweise in Richtung des hier linken Kupplungs körpers 6, wird das Servo-Element durch den axialen Form schluß mit der Schiebemuffe 48 ebenfalls nach links verscho ben.

Durch Mittel zum Ansynchronisieren, welche hier nicht darge stellt sind, wird der Synchronring 18 nach links verschoben, bis er mit seiner konischen Reibungsfläche 20 mit der koni schen Reibungsfläche 14 am Kupplungskörper 6 in Kontakt ge langt. Die Drehzahldifferenz zwischen Synchronring 18 und Kupplungskörper 6 verursacht ein Reibmoment, das den Syn chronring 18 in Drehrichtung des Kupplungskörpers 6 verdreht. Die Sperrverzahnung 22 legt sich dadurch an eine Seite der Sperrnut 38 im Servo-Element 36 an und erzeugt zusammen mit der Sperrverzahnung 42 im Servo-Element 36 die Sperrstellung zwischen Synchronring 18 und Servo-Element 36. Gleichzeitig verdreht sich das Servo-Element 36 infolge des nun auf es wirkende Synchronmoment relativ zum Synchronkörper 4, bis die Servo-Schrägen 58 bzw. 60 am Servo-Element 36 auf den Servo- Schrägen 35 bzw. 66 am Synchronkörper 4 auflaufen und somit das Synchronmoment in eine zusätzliche axiale Kraft umsetzen, die die Handschaltkraft unterstützt.

Auf den Synchronring 18 wirken axial die Servo-Kraft und die Handschaltkraft. Die zwischen Synchronkörper 4 und Servo- Element 36 wirkende Servo-Kraft wird über die Sperrverzah nung 42 auf die Sperrverzahnung 22 des Synchronringes 18 übertragen. Die Handschaltkraft wird von der Schiebemuffe 48 auf die Führungsschiene 44 am Servo-Element 36 übertragen und von dort nimmt sie den gleichen Weg wie die Servo-Kraft auf den Synchronring 18.

Auf den Synchronring 18 wirken in tangentialer Richtung ein Abstützmoment vom Servo-Element 36, welches sich am Syn chronkörper 4 abstützt, ein Reibmoment vom Kupplungskonus und ein Entsperrmoment. Das Entsperrmoment entsteht durch die auf das Servo-Element 36 wirkende Handschalt- und Servo-Kraft, welche durch die Sperrverzahnungen 22 und 42 eine tangentiale Kraft erzeugen. Der Entsperrvorgang wird dadurch nicht nur von der Höhe der Handschaltkraft beeinflußt, sondern zusätz lich von der Servo-Kraft unterstützt.

Sinkt das Synchronmoment infolge der Drehzahlangleichung ab, übersteigt zu einem bestimmten Zeitpunkt die Höhe des Ent sperrmomentes die Höhe des Reibmomentes. Ab diesem Zeitpunkt kann das Servo-Element 36 den Synchronring 18 so verdrehen, daß das Servo-Element 36 durch die Schaltkraft über die Sperrverzahnung 22 des Synchronringes 18 hinweg in Richtung Kupplungskörper 6 verschoben werden kann. Anschließend er folgt das Einspuren der Kupplungsverzahnung 53 an der Schie bemuffe 48 in die Kupplungsverzahnung 10 am Kupplungskör per 6.

Beim Gangschalten muß verhindert werden, daß die Sperr verzahnung 28 des Synchronringes 24, also des Synchronringes auf der in diesem Falle nicht geschalteten Seite, aus den Sperrnuten 38 des Servo-Elementes 36 austreten kann. Wäre dies möglich, dann könnte sich dieser Synchronring 24 verdre hen und dadurch mit seiner Sperrverzahnung 28 ein Verschieben der Schiebemuffe 48 zurück in Neutralstellung blockieren. Aus diesem Grund sind die Nasen 30, 32 an den Synchronringen 18, 24 vorgesehen. Mit Hilfe der Nasen 30, 32 ist es möglich, die Sperrverzahnungen 22, 28 der Synchronringe 18, 24 weiter in Richtung axiale Mitte des Synchronkörpers 4 anzuordnen. Das Servo-Element 36 darf zur Beseitigung des vorgenannten Pro blems nicht verbreitert werden, weil das Servo-Element um das Maß des Schaltweges der Schiebemuffe 48 axial verschoben wird, aber dabei nicht an den Kupplungskörper 6 anschlagen darf.

Die Anzahl der Sperrzähne der Sperrverzahnungen 22 und 28 sowie die entsprechende Anzahl an Sperrnuten 38 muß an die Anforderungen von Synchronkräften und Schaltkräften angepaßt werden und der Fachmann wird eine entsprechende Dimensionie rung der Verzahnungen wählen.

Durch eine unterschiedliche Wahl der Dachschrägungswin kel an den Sperrzähnen 22, 28 und der Sperrverzahnung 40, 42 einerseits und an der Kupplungsverzahnung 53 der Schiebemuf fe 48 und der Kupplungsverzahnung 10, 12 am Kupplungskör per 6, 8 andererseits ist eine individuelle Anpassung an die jeweiligen Schaltzustände Entsperren und Einspuren der Schie bemuffe 48 in die Kupplungsverzahnung 10, 12 des Kupplungs körpers 6, 8 möglich.

Anstelle der hier gezeigten konusförmigen Reibeinrich tungen sind auch Reibeinrichtungen in Form von scheibenförmi gen Lamellenkupplungen anwendbar. Derartige Lamellenkupplun gen sind im Stand der Technik vielfältig beschrieben. In Ver bindung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 lösen sie ebenfalls die gestellte Aufgabe.

Die erfindungsgemäße Synchronisierung gewährleistet eine Unterstützung der Handschaltkraft durch Bereitstellung einer Servo-Unterstützung, die nicht zu einer selbständigen Ver stärkung und damit zu einer Selbstzerstörung führt. Sie bie tet eine ständige Beeinflußbarkeit des Synchronisationsvor ganges durch den Bediener, der den Synchronisationsvorgang jederzeit manuell abbrechen kann. Die Synchronisierung bietet weiterhin eine Sicherheit gegen selbständiges Synchronisie ren, beispielsweise durch Erschütterungen oder durch Plansch momente. Der vom Bediener auszuführende Handschaltweg wird nicht vergrößert, ebenfalls bleibt der Schaltkomfort erhal ten, die einsetzende Servo-Unterstützung macht sich an der Hand des Bedieners nicht störend bemerkbar. Die Lebensdauer der Synchronisierung wird durch die erfindungsgemäße Ausge staltung nicht negativ beeinträchtigt, Sperrsicherheit und Zuverlässigkeit bleiben erhalten.

Vorteilhaft an diesen Maßnahmen ist ebenfalls, daß die Erfindung sich ohne Probleme in bereits bestehende Getriebe integrieren läßt, weil lediglich verhältnismäßig geringfügige Modifikationen erforderlich sind.

Bezugszeichenliste

2 Synchronisierung
4 Synchronkörper
6 Kupplungskörper
8 Kupplungskörper
10 Kupplungsverzahnung
12 Kupplungsverzahnung
14 Reibungsfläche
16 Reibungsfläche
18 Synchronring
20 Reibungsfläche
22 Sperrverzahnung
24 Synchronring
26 Reibungsfläche
28 Sperrverzahnung
30 Nase
32 Nase
34 Mittellinie
35 Servo-Schräge
36 Servo-Element
37 Servo-Schräge
38 Sperrnut
40 Sperrverzahnung
42 Sperrverzahnung
44 Führungsschiene
46 Führungsnut
48 Schiebemuffe
50 Aussparung
52 Linie
53 Kupplungsverzahnung
54 Servo-Schräge
55 Servoschräge
56 Mittellinie
58 Servo-Schräge
60 Servo-Schräge
62 Linie
64 Kupplungsverzahnung
66 Servo-Schräge
68 Servo-Schräge
70 Aussparung
72 Aussparung

Claims

1. Synchronisiereinrichtung für Stufenwechselgetriebe von Kraftfahrzeugen zur Drehzahlangleichung einer die Syn chronisiereinrichtung tragenden ersten Welle an wenigstens ein Zahnrad oder eine zweite Welle, mit einem auf der ersten Welle drehfest angeordneten Synchronkörper, einer auf dem Synchronkörper drehfest, aber axial verschiebbar angeordneten Schiebemuffe mit Kupplungsverzahnung, wenigstens einem an dem zu schaltenden Zahnrad oder der zu schaltenden Welle vorgese henen Kupplungskörper mit Kupplungsverzahnung und mit Reibeinrichtung und wenigstens einem zwischen Kupplungskörper und Synchronkörper angeordneten Element mit Reibeinrichtung und Sperreinrichtungen zur Vermeidung der Verbindung von Kupplungskörper und Schiebemuffe, bevor die Drehzahlanglei chung erfolgt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das zwischen Synchronkörper (4) und Kupplungskörper (6, 8) angeordnete Element (18, 24, 36) mit Reibeinrichtung (20, 26) zweiteilig ausgeführt ist, wobei das erste Bauteil (Syn chronring (18, 24)) die Reibeinrichtung (20, 26) sowie erste Mittel (22, 28) der Sperreinrichtungen (22, 28, 38, 40, 42) aufweist und das zweite Bauteil (Servo-Element (36)) zweite Mittel (38, 40, 42) der Sperreinrichtungen (22, 28, 38, 40, 42) sowie Mittel (54, 55, 58, 60) zur Verstärkung einer axial in Richtung auf das zu schaltende Zahnrad oder die zu schal tende Welle in die Synchronisierung (2) eingeleiteten Schalt kraft aufweist, wobei die Mittel (54, 55, 58, 60) mit Mit teln (35, 37, 66, 68) am Synchronkörper (4) zusammenwirken.

2. Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß axial auf beiden Seiten des Synchronkörpers (4) zu schaltende Zahnräder bzw. je ein zu schaltendes Zahnrad und eine zu schaltende Welle angeord net sind, so daß das Servo-Element (36) axial in zwei Rich tungen wirken kann und mit zwei Synchronringen (18, 24) zu sammenwirkt, die jeweils Reibeinrichtungen (20 bzw. 26) sowie erste Mittel (22 bzw. 28) der Sperreinrichtungen (22, 28, 38, 40, 42) aufweisen.

3. Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, da durch gekennzeichnet, daß die Reibeinrich tungen mit konusförmig ausgebildeten Reibflächen (20, 26) versehen sind, die mit an den Kupplungskörpern (6, 8) ange ordneten Reibeinrichtungen (14, 16) Reibflächen-Paarun gen (14, 20 bzw. 16, 26) bilden, wovon die ersten Reib flächen (20, 26) einen Innenkonus bilden, während die zweiten Reibflächen (14, 16) einen mit den ersten Reibflächen (20, 26) korrespondierenden Außenkonus bilden.

4. Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, da durch gekennzeichnet, daß die Reibeinrich tungen (14, 16, 20, 26) als scheibenförmige Lamellenkupplun gen ausgebildet sind.

5. Synchronisiereinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Servo-Element (36) Servo-Schrägen (54, 55, 58, 60) angeordnet sind, die mit Servo-Schrägen (35, 37, 66, 68) am Synchronkörper (4) derart zusammenwirken, daß bei einer axia len Bewegung der Schiebemuffe (48) aus einer Neutrallage in Richtung auf das zu schaltende Zahnrad bzw. die zu schaltende Welle die sich dann in Umfangsrichtung gegenüberliegenden Servo-Schrägen (35, 58 bzw. 37, 54 bzw. 66, 60 bzw. 68, 55) aneinander entlanggleiten, wodurch das Servo-Element (36) bei der Bewegung in Richtung des zu schaltenden Zahnrades bzw. der zu schaltenden Welle unterstützt wird.

6. Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Servo-Schrägen (35, 37, 54, 55, 58, 60, 66, 68) Winkel mit einer tangentialen Mittellinie (56) des Servo-Elementes (36) einschließen, die in einem Bereich von 10° bis 80° liegen.

7. Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei der ein geschlossenen Winkel der Servo-Schrägen (54, 55, 58, 60) am Servo-Element (36) unterschiedlich sind.

8. Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die vier eingeschlossenen Winkel der Servo-Schrägen (54, 55, 58, 60) am Servo-Ele ment (36) unterschiedlich sind.

9. Synchronisiereinrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß wenig stens einer der eingeschlossenen Winkel vorzugsweise 78° be trägt.

10. Synchronisiereinrichtung nach wenigstens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeich net, daß das Servo-Element (36) mit der Schiebe muffe (48) axial formschlüssig verbunden ist.

11. Synchronisiereinrichtung nach wenigstens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeich net, daß die Servo-Elemente (36) unter Einschluß glei cher Winkel am Umfang des Synchronkörpers (4) verteilt ange ordnet sind.

12. Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß vorzugsweise drei Servo- Elemente (36) unter Einschluß eines Winkels von 120° am Um fang des Synchronkörpers (4) verteilt angeordnet sind.

13. Synchronisiereinrichtung nach wenigstens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeich net, daß die Sperreinrichtungen (22, 28, 40, 42) in Form von Sperrverzahnungen ausgeführt sind.

14. Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrverzahnun gen (22, 28, 40, 42) und die Kupplungsverzahnung (10, 12, 53) vorzugsweise Dachschrägen aufweisen.

15. Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsverzah nungen (10, 12, 53) stumpf sind.

16. Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkel der Dachschrä gen der Sperrverzahnung (22, 28, 40, 42) und die Winkel der Dachschrägen der Kupplungsverzahnungen (10, 12, 53) unter schiedlich sind.

17. Synchronisiereinrichtung nach wenigstens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeich net, daß die ersten Mittel (22, 28) der Sperreinrichtun gen (22, 28, 38, 40, 42) auf Nasen (30, 32) an den Synchron ringen (18, 24) angeordnet sind und diese Nasen (30, 32) axial in Aussparungen (70, 72) im Synchronkörper (4) hinein ragen.