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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Synchronisiereinrichtung in
einem Kraftfahrzeuggetriebe, die eine Synchronnabe aufweist, die
drehfest mit einer Welle in einem Getriebe verbunden werden soll, eine
Eingriffsmuffe, welche drehfest, jedoch axial verschieblich an der
Synchronnabe mit Hilfe des Eingriffs einer Außenverzahnung auf der Synchronnabe und
einer Innenverzahnung auf der Eingriffsmuffe angebracht ist, eine
erste und eine zweite Kupplungsscheibe, die mit Außenverzahnungen
versehen sind, und auf jeder Seite der Synchronnabe angebracht sind,
wobei die Scheiben so ausgebildet sind, dass sie drehfest mit einem
ersten und einem zweiten Zahnrad verbunden werden können, die
drehbar auf der Welle auf jeder Seite der Synchronnabe angebracht
sind, und in bezug auf die Synchronnabe durch Axialverschiebung
der Eingriffsmuffe von einer neutralen Position zu einer Eingriffsposition
verriegelt werden können,
bei welcher die Innenverzahnung auf der Eingriffsmuffe in Eingriff
mit der Außenverzahnung
auf den Kupplungsscheiben steht, und einen ersten und einen zweiten
Synchronring, die auf jeder Seite der Synchronnabe zwischen der
Nabe und den Kupplungsscheiben angebracht sind, wobei jeder Synchronring
eine Sperraußenverzahnung
aufweist, die in Eingriff mit der Innenverzahnung auf der Eingriffsmuffe
steht, und eine innere, kegelförmige Reibungsoberfläche, die
in Eingriff mit einer äußeren Reibungsoberfläche auf
einem Element steht, das drehfest mit jeder Kupplungsscheibe verbunden
ist, wenn die Eingriffsmuffe von der neutralen Position zu einer
Eingriffsposition verschoben wird, und die Innenverzahnung auf der
Eingriffsmuffe entgegengesetzte, V-förmige Endoberflächen aufweist,
welche entsprechenden V-förmigen
Oberflächen
auf der Synchronring-Sperrverzahnung und den Verzahnungen der Kupplungsscheiben
gegenüberliegen.
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Beim
Schalten von Gängen
in einem derartigen Getriebe hängt
die Zeit, die dazu benötigt
wird, den Eingriffsvorgang zu beenden, sowie die Kraft, mit welcher
der Fahrer den Gangschalthebel betätigen muss, hauptsächlich von
der Größe des Sperrwinkels
der Verzahnung auf den Eingriffsmuffen und auf den Synchronringen
ab. Ein großer
Sperrwinkel erfordert eine höhere
Betätigungskraft
des Gangschalthebels und eine längere
Synchronisier- und Eingriffszeit. Andererseits stellt man sicher,
dass der Synchronisiervorgang abgeschlossen ist, wenn die Verzahnung
der Eingriffsmuffe in Eingriff mit der Verzahnung der Kupplungsscheiben
gelangt. Ein kleinerer Sperrwinkel benötigt eine kleinere Betätigungskraft für den Gangschalthebel
und eine kürzere
Zeit, bevor die Eingriffsmuffe in Eingriff mit der Kupplungsscheibe
gelangt, jedoch besteht dann das Risiko, dass der Synchronisiervorgang
nicht abgeschlossen wurde, wenn die Verzahnung der Eingriffsmuffe
auf die Verzahnung der Kupplungsscheibe trifft.
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Da
die Reibungskraft in Synchronisiersystemen mit mehreren Synchronringen
größer ist
als in solchen mit einem einzigen Ring, kann man Synchronisierringe
mit einem kleineren Sperrwinkel in Mehrfachringsystemen (Doppel-
oder Dreifach-Ringsystemen)
einsetzen als bei Systemen mit einem einzigen Ring, ohne riskieren
zu müssen,
dass der Synchronisiervorgang nicht beendet wurde, bevor die Verzahnung
der Eingriffsmuffe auf die Verzahnung der Kupplungsscheiben trifft.
Es ist auf diesem Gebiet bekannt, Synchronisiersysteme sowohl mit
einem Ring als auch mit mehreren Ringen in einem einzelnen Getriebe
einzusetzen. Normalerweise werden Synchronisiersysteme mit mehreren
Ringen für
die unteren Gänge
verwendet, beispielsweise den ersten, zweiten und dritten Gang,
die ein höheres
Synchronisierdrehmoment benötigen
als die höheren Gänge. Normalerweise
werden Systeme mit einem einzelnen Ring bei den höheren Gängen eingesetzt.
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Um
die Schaltqualität
bei derartigen Getrieben zu optimieren, sollten die Bauteile der
Synchronisiersysteme mit mehreren Ringen Verzahnungen mit einem
kleineren Sperrwinkel als bei den Synchronisiersystemen mit einem
einzigen Ring aufweisen. Allerdings erfordert dies die Herstellung
und den Zusammenbau von, unter anderem, zumindest zwei und in einigen
Fällen
sogar drei unterschiedliche Eingriffsmuffen, von denen eine eine
Verzahnung mit einem kleineren Sperrwinkel an beiden Enden aufweist,
und eine eine Verzahnung mit einem kleineren Winkel am einen Ende
und einem größeren Winkel am
entgegengesetzten Ende aufweist. Selbstverständlich erhöht dies die Kosten, verglichen
mit einem Getriebe, das nur eine Art einer Eingriffsmuffe aufweist.
Weiterhin besteht das Risiko, dass die verschiedenen Eingriffsmuffen
vertauscht werden, wenn die Getriebe zusammengebaut werden. Um die
Kosten zu verringern, und das Fehlerrisiko beim Zusammenbauvorgang
auszuschalten, ist es bereits bekannt, Eingriffsmuffen zu verwenden,
welche den selben Sperrwinkel für
Synchronisiersysteme mit einem einzelnen Ring sowie solche mit mehreren
Ringen aufweisen. In derartigen Fällen muss ein Sperrwinkel,
der größer als
erforderlich ist, bei den Synchronisiersystemen mit mehreren Ringen
eingesetzt werden, was bedeutet, dass die Schaltqualität nicht
für sämtliche
Gänge optimiert
ist.
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Eine
Synchronisiereinrichtung nach dem Stand der Technik gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1 ist aus der EP-A-0994267 bekannt.
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Das
Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Synchronisiereinrichtung
der eingangs geschilderten Art zu erzielen, mit welcher ermöglicht wird,
ein und dieselbe Eingriffsmuffe für Synchronisierringe und Kupplungsscheiben
zu verwenden, die Verzahnungen mit unterschiedlichen Sperrwinkeln aufweisen.
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Dies
wird gemäß der Erfindung
mit Hilfe der Tatsache erzielt, dass die Verzahnung auf der Eingriffsmuffe
auf zumindest eine erste Gruppe und eine zweite Gruppe aufgeteilt
ist, wobei die Verzahnung der ersten Gruppe V-förmige Endoberflächen mit
einem ersten Sperrwinkel aufweist, wogegen die Verzahnung der zweiten
Gruppe V-förmige
Endoberflächen
mit einem zweiten Sperrwinkel aufweist, der von dem ersten Sperrwinkel
verschieden ist, und der erste Synchronring eine Sperrverzahnung
mit einer V-förmigen
Endoberfläche
aufweist, welche den ersten Sperrwinkel in Bereichen aufweist, die
der ersten Verzahnungsgruppe auf der Eingriffsmuffe gegenüberliegen,
und keine Verzahnung in Zwischenbereichen aufweist, welche der zweiten
Verzahnungsgruppe gegenüberliegen,
während
der zweite Synchronring eine Sperrverzahnung mit einer V-förmigen Endoberfläche aufweist,
welche den zweiten Sperrwinkel in Bereichen aufweist, die der zweiten
Verzahnungsgruppe gegenüberliegen,
und keine Sperrverzahnung in Zwischenbereichen aufweist, welche
der ersten Verzahnungsgruppe gegenüberliegen.
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Die
Erfindung beruht auf der Tatsache, dass es nicht erforderlich ist,
dass Verzahnungen entlang dem gesamten Umfang der Eingriffsmuffe
und der Synchronringe dazu dienen, Drehmoment während des Synchronisiervorgangs
zu übertragen.
Wenn Verzahnungen entlang dem gesamten Umfang der Eingriffsmuffe
und des Synchronrings auf zwei Gruppen aufgeteilt sind, ist nur
die Hälfte
der gesamten Verzahnung auf jeder Seite wirksam.
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Die
Erfindung wird detaillierter nachstehend unter Bezugnahme auf die
beigefügten
Zeichnungen beschrieben, in welchen die 1a und 1b einen
Längsschnitt
und eine Aufsicht einer Ausführungsform
einer Synchronisiereinrichtung gemäß der Erfindung zeigen, die 2, 3, 4a und 4b eine
Ansicht von hinten einer Synchronnabe zeigen, bzw. einer Eingriffsmuffe,
bzw. eines ersten Synchronrings, bzw. eines zweiten Synchronrings, der
in den 1a und 1b gezeigten
Synchronisiereinrichtung.
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Die
in 1a dargestellte Synchronisiereinrichtung beruht
auf einer wohlbekannten Art einer Synchronisiereinrichtung, und
hier werden nur Bauteile beschrieben, die für das Verständnis der Erfindung erforderlich
sind. Die Synchronisiereinrichtung weist eine Synchronnabe 1 auf,
die drehfest mit einer Welle (nicht gezeigt) in einem Getriebegehäuse verbunden
werden soll. Eine Eingriffsmuffe 2 ist drehfest, jedoch
axial beweglich auf der Synchronnabe 1 angebracht, mit
Hilfe des Eingriffs einer Außenverzahnung 3 auf
der Nabe 1 und zweier Gruppen unterschiedlicher Innenverzahnungen 4a und 4b auf
der Eingriffsmuffe 2, wie dies im einzelnen unter Bezugnahme
auf die 1b, 2 und 3 beschrieben wird.
Auf jeder Seite der Nabe 1 befindet sich ein Zahnrad 5a bzw. 5b,
das drehbar auf der Welle angebracht ist. Eine Kupplungsscheibe 6a und 6b,
die mit einer Außenverzahnung 7 entlang
dem gesamten Umfang versehen ist, ist drehfest mit jedem Zahnrad 5a und 5b verbunden.
Ein erster und ein zweiter, äußerer Synchronring 8a und 8b ist
drehfest, jedoch axial beweglich auf der Synchronnabe 1 angebracht. Die
Ringe 8a und 8b weisen eine Sperraußenverzahnung 9a und 9b und
innere, kegelförmige
Reibungsoberflächen 10a und 10b auf,
die äußeren, kegelförmigen Reibungsoberflächen 11a und 11b auf
mittleren Ringelementen 12a und 12b gegenüberliegen, die
drehfest mit jeder Kupplungsscheibe 6a und 6b verbunden
sind. Ein innerer Synchronring 13 ist drehfest mit dem
Synchronring 8a radial innerhalb des mittleren Ringelementes 12a verbunden.
Der Synchronring 8a, das mittlere Ringelement 12a,
und der innere Synchronring 13 sind daher ein Teil eines Mehrfachringsystems
(Doppelringsystems), wogegen der Synchronring 8b und das
mittlere Ringelement 12b Teile eines Einzelringsystems
sind. Normalerweise ist bei Einzelringsystemen, anstatt ein getrenntes
Ringelement 12b mit einer äußeren Reibungsoberfläche 11b vorzusehen,
das mit dem Zahnrad verbunden ist, eine entsprechende Reibungsoberfläche einstückig mit
dem Zahnrad hergestellt.
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Wie
in 2 gezeigt, weist die Synchronnabe 1 drei
Verzahnungen 15 auf, die breiter als die Verzahnung 3 sind,
und um 120° voneinander
beabstandet sind. Die Eingriffsmuffe 2 (3)
weist entsprechende Nuten 16 auf. Wenn die Eingriffsmuffe 2 auf
der Synchronnabe 1 montiert wird, kann die Muffe nur in
einer Winkellage montiert werden, in welcher die Verzahnungen 5 in
die Nuten 16 passen. Wie voranstehend erwähnt, weist
die Eingriffsmuffe 2 zwei Gruppen unterschiedlicher Arten
von Innenverzahnungen 4a und 4b auf. Jede Gruppe
ist auf drei abwechselnde Sätze
von Verzahnungen unterteilt, wobei sich jeder Satz um 60° in Umfangsrichtung
erstreckt. Die geschilderten Merkmale stellen eine vorbestimmte
Lage der Verzahnungen auf der Eingriffsmuffe 2 in bezug
zur Nabe 1 sicher. Die 4a und 4b zeigen
die Synchronringe 8a und 8b, die Außenverzahnungen 17 aufweisen,
die im Eingriff mit äußeren Nuten 18 auf
der Synchronnabe 1 stehen, um jeden Synchronring in einer
vorbestimmten Lage in bezug auf die Eingriffsmuffe 2 anzuordnen.
Die Sperrverzahnungen 9a und 9b auf den Synchronringen 8a und 8b sind
auf drei Sätze
aufgeteilt, wobei jeder Satz sich um 60° in Umfangsrichtung erstreckt, und
sind durch Bereiche 19a und 19b getrennt, die keine
Sperrverzahnung aufweisen. Wie am deutlichsten aus den 4a und 4b hervorgeht,
sind die Sperrverzahnungen 9a und die Bereiche 19a auf dem
Synchronring 8a um 60° in
bezug auf die Sperrverzahnung 9b und die Bereiche 19b auf
dem Synchronring 8b versetzt.
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Wenn
die Eingriffsmuffe 2 aus der in 1a gezeigten,
neutralen Position nach links verschoben wird, gelangt die Verzahnung 4a auf
der Eingriffsmuffe 2 in Eingriff mit der Sperrverzahnung 9a auf
dem äußeren Synchronring 8a.
Die Verzahnung 4b, die den Breichen 19a gegenüberliegt,
die keine Sperrverzahnung aufweisen, gelangt frei über den
Synchronring, wenn der Synchronisiervorgang beendet ist, und die
Eingriffsmuffe schließlich
in ihre linke Endlage verschoben wurde, in welcher die Verzahnungen 4a und 4b im
Eingriff mit der Verzahnung 7 auf der Kupplungsscheibe 6a stehen.
Wenn die Eingriffsmuffe aus der neutralen Lage nach rechts verschoben
wird, gelangen entsprechend die Verzahnungen 4b in Eingriff
mit den Sperrverzahnungen 9b auf dem Synchronring 8b.
Die Verzahnungen 4a, die den Bereichen 19b gegenüberliegen,
die keine Sperrverzahnung aufweisen, gelangen frei über den Synchronring 8b,
wenn der Synchronisiervorgang beendet ist, und die Eingriffsmuffe
schließlich
in ihre rechte Endlage verschoben ist, in welcher die Verzahnungen 4a und 4b im
Eingriff mit der Verzahnung auf der Kupplungsscheibe 6b stehen.
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Wie
in 1b gezeigt, weisen die Verzahnungen 4a und 4b auf
der Eingriffsmuffe 2, und die Sperrverzahnungen 9a und 9b auf
den Synchronringen 8a und 8b, V-förmige Endoberflächen 20a, 20b bzw. 21a, 21b auf.
Die Endoberflächen 20a der
Verzahnung 4a auf der Eingriffsmuffe 2 und die
Endoberflächen 21a auf
der Sperrverzahnung 9a des linken Synchronrings 8a weisen
einen Sperrwinkel α auf, der
annähernd
90° beträgt, wogegen
die Endoberflächen 20b der
Verzahnung 4b auf der Eingriffsmuffe 2 und die
Endoberflächen 21b auf
der Sperrverzahnung des rechten Synchronrings 8b einen
Sperrwinkel β aufweisen,
der annähernd
120° beträgt, wodurch
die Sperrwinkel an die Reibungsdrehmomentunterschiede zwischen einer
Synchronisiereinrichtung mit einem einzelnen Synchronring und einer
mit zwei Synchronringen angepasst sind. Wie aus 1b hervorgeht,
ist die Verzahnung 4a auf der Eingriffsmuffe 2 länger in
Richtung der Drehachse als die Verzahnung 4b, was bedeutet,
dass die Verzahnung 4a die Drehebene „a" der Spitzen der Verzahnung 7 auf
den Kupplungsscheiben 6a und 6b vor der Verzahnung 4b trifft.
Ein Vorteil dieses Merkmals besteht darin, dass nach Fertigstellung
des Synchronisiervorgangs der endgültige Eingriff der Eingriffsmuffe
mit den Kupplungsscheiben 6a und 6b mit dem Eingriff
der Verzahnung 4a der Eingriffsmuffe, welche den kleineren
Winkel aufweist, mit der Verzahnung 7 der Kupplungsscheibe
beginnt, sowohl beim Eingriff des Zahnrades 5a mit dem
Doppel-Synchronisiersystem als auch beim Eingriff des Zahnrades 5b mit
dem System mit einem einzigen Synchronring. Das Drehmoment, das
auf die Verzahnungen 4a und 4b der Eingriffsmuffe
und die Verzahnung 7 der Kupplungsscheibe einwirkt, ist
daher in beiden Fällen
gleich.
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Die
Erfindung wurde voranstehend unter Bezugnahme auf eine Ausführungsform
mit einer Synchronisiereinrichtung beschrieben, die eine gemeinsame
Eingriffsmuffe für
ein System mit mehreren Synchronringen aufweist, beispielsweise
für einen dritten
Gang, und ein System mit einem einzigen Synchronring, beispielsweise
für einen
vierten Gang, auf beiden Seiten einer Synchronnabe.
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Innerhalb
des Umfangs der Erfindung kann eine Eingriffsmuffe mit den voranstehend
geschilderten Merkmalen auch dazu eingesetzt werden, gegenüberliegende
Zahnräder
in Eingriff zu bringen, die eine gemeinsame Eingriffsmuffe aufweisen,
und die beide Systeme mit einem einzigen Synchronring aufweisen.
Wenn beispielsweise in einem Getriebe die selbe Eingriffsmuffe für den fünften Gang
und den Rückwärtsgang
verwendet werden sollte, könnte eine
erste Gruppe von Verzahnungen auf der Eingriffsmuffe, die einen
kleinen Sperrwinkel aufweisen, zusammen mit einem Synchronring mit
einer Verzahnung mit einem kleinen Sperrwinkel für den Rückwärtsgang verwendet werden, und
könnte
eine zweite Gruppe von Verzahnungen mit einer größeren Verzahnung zusammen mit
einem Synchronring mit einer größeren Verzahnung
beim fünften
Gang eingesetzt werden, da der Rückwärtsgang
normalerweise eingelegt wird, wenn sich das Fahrzeug sehr langsam
oder überhaupt
nicht bewegt.