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Die
vorliegende Erfindung betrifft Getriebe von Kraftfahrzeugen, genauer
gesagt Synchronisierkupplungen zum Steuern von Änderungen in der Übersetzung
des Getriebes.
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Synchronisierkupplungseinheiten
dienen dazu, den sanften Eingriff von miteinander kämmenden Zähnen während Änderungen
der Übersetzung
in einem Getriebe zu erleichtern. Eine typische Einheit umfasst
eine Nabe, die zwischen zwei Zahnrädern mit unterschiedlichem
Teildurchmesser angeordnet ist, wobei die Nabe eine mittlere Öffnung aufweist,
in der eine Vielzahl von Zähnen
zur Montage der Nabe an einer Antriebswelle ausgebildet ist. Eine
Kupplungshülse
mit inneren Kupplungszähnen
ist zur Durchführung
einer axialen Gleitbewegung auf der Nabe montiert, und jedes Zahnrad
ist ferner mit entsprechenden Außenzähnen versehen, die mit den
Innenzähnen
der Hülse
in Eingriff bringbar sind, um einen Antriebspfad von der Welle über die
Nabe und die Hülse
zum Zahnrad zu bilden. Jedes Zahnrad trägt ferner eine externe konische
Kupplungsfläche, die
mit einer komplementär
ausgebildeten inneren konischen Kupplungsfläche in Eingriff bringbar ist, welche
auf einem Synchronisierring ausgebildet ist, der zwischen der Nabe
und jedem Zahnrad angeordnet ist. Bei Bewegung der Hülse in Richtung
auf ein Zahnrad wird der zugehörige
Synchronisierring zuerst eingerückt
und in Axialrichtung gegen das Zahnrad bewegt, um dessen innere
konische Fläche
in Eingriff mit der auf dem Zahnrad ausgebildeten äußeren Fläche zu bringen.
Der hierdurch entstehende Reibeingriff stellt sicher, dass die Geschwindigkeiten der
Nabe und des Zahnrades synchronisiert werden, bevor die Hülse weiter
in Eingriff mit den Hülsenzähnen des
Zahnrades tritt, so dass auf diese Weise ein sanfter Eingriff sichergestellt
wird. Beispiele von derartigen Synchronisiereinheiten sind in der EP-0756098,
der US-A-2221900 und der US-A-3366208 beschrieben.
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Diese
herkömmlichen
Synchronisiereinheiten haben jedoch den Nachteil, dass dann, wenn
die konischen Flächen
auf dem Zahnrad und dem Synchronisierring mit zu kleinen Konuswinkeln
ausgebildet sind, d.h. flacher sind als die durch die materialabhängigen Reibungskoeffizienten μ festgelegten Reibwinkel,
ein Festklemmen am Konus auftritt, gemäß dem die Reibkräfte zwischen
dem Synchronisierring und dem Zahnrad so groß sind, dass ein Ausrücken der
beiden Teile verhindert und somit das Getriebe blockiert wird.
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Die
EP-A-1199489 beschreibt einen konischen Synchronisierring für eine Synchronisiervorrichtung
eines manuell schaltbaren Getriebes, bei der der Synchronisierring
eine äußere Reibfläche für einen
Reibkontakt mit einem äußeren Synchronring eines
manuell schaltbaren Getriebes sowie eine innere Reibfläche für einen
Reibkontakt mit einem inneren Synchronring des manuell schaltbaren
Getriebes aufweist und der Umfang des konischen Ringes gespalten
ist, so dass ein Expansionspunkt gebildet wird, der eine radiale
Aufweitung oder Kompression des konischen Ringes ermöglicht.
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Erfindungsgemäß wird eine
Synchronisierkupplungseinheit zur Verfügung gestellt, die umfasst: eine
Kupplungsnabeneinheit, die im Betrieb nicht drehbar, jedoch axial
beweglich auf einer Drehmomentabgabewelle montiert ist, mindestens
eine Zahnradeinheit, die axial von der Nabeneinheit beabstandet
und im Betrieb drehbar auf der welle montiert ist, so dass sie sich
unabhängig
davon drehen kann, wobei die Nabeneinheit oder die mindestens eine Zahnradeinheit
eine darauf ausgebildete konische Reibfläche besitzt, mindestens einen
Synchronisierring, der zwischen der Nabeneinheit und der mindestens
einen Zahnradeinheit angeordnet ist, wobei der oder jeder Synchronisierring
mit der anderen Einheit von der Nabeneinheit und der mindestens
einen Zahnradeinheit gekoppelt ist, um sich zusammen mit dieser
zu drehen, und eine darauf ausgebildete komplementäre konische
Reibfläche
besitzt, die mit der konischen Reibfläche der Nabeneinheit oder der
mindestens einen Zahnradeinheit in Eingriff bringbar ist, um hierzwischen
eine Antriebskupplung auszubilden, dadurch gekennzeichnet, dass
der oder jeder Synchronisierring aus einer Vielzahl von getrennten
bogenförmigen
Segmenten besteht, die in einem Ring angeordnet und zwischen einer
ersten expandierten Konfiguration, in der der Synchronisierring
einen ersten Radius besitzt, und einer zweiten zusammengezogenen
Konfiguration, in der der Ring einen zweiten Radius besitzt, bewegbar
sind, wobei durch die Bewegung der Nabeneinheit in Richtung auf
die mindestens eine Zahnradeinheit die Segmente des oder jeden Synchronisierringes
in die erste oder zweite Konfiguration gedrückt werden, so dass die konische Reibfläche des
Ringes gegen die Reibfläche
der Nabeneinheit oder der Zahnradeinheit gepresst wird und auf diese
Weise die Nabeneinheit mit der mindestens einen Zahnradeinheit treibend
verbunden wird.
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Die
vorliegende Erfindung sieht des weiteren einen Synchronisierring
für eine
Synchronisierkupplungseinheit gemäß der Erfindung vor, der eine
Vielzahl von separaten bogenförmigen
Segmenten aufweist, die so angeordnet sind, dass sie einen geschlossenen
Ring bilden, wobei jedes Segment eine Reibfläche aufweist, die zusammen
eine konische Reibfläche
für den
Synchronisierring bilden.
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Die
Synchronisierkupplungseinheit gemäß der vorliegenden Erfindung
sowie der Synchronisierring hierfür haben den Vorteil, dass hierdurch
die Synchronisation des Getriebes vereinfacht wird, da ein separater
Synchronisierring, Hülsenstreben
und Antriebszähne
sowie sämtliche
Funktionsvariablen, die mit diesen separaten Komponenten verbunden sind,
fortfallen. Ferner wird durch den segmentierten Synchronisierring
die Möglichkeit
des Auftretens eines Konusfestklemmens während des Ausrückens eines
Zahnrades verhindert, so dass Konuswinkel Verwendung finden können, die
viel kleiner sind als dies bisher bei herkömmlichen Synchronisiersystemen
möglich
war, so dass das Konusdrehmoment erhöht werden kann.
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Durch
den Fortfall von Zähnen
am Synchronisierring wird ferner die Konstruktion der Einheit vereinfacht,
werden die zugehörigen
Herstellkosten verringert und wird der Eingriff viel sanfter gestaltet.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
ist die konische Reibfläche
der Nabeneinheit oder Zahnradeinheit als externe konische Fläche ausgebildet, die
mit einer inneren konischen Reibfläche in Eingriff tritt, welche
am Synchronisierring ausgebildet ist. Eine Vorspanneinrichtung ist
den Segmenten des Ringes zugeordnet, die die Segmente in ihre expandierte
Konfiguration drückt.
Dies hat den Vorteil, dass sich bei einem Fortfall der Eingriffskraft
von der Nabe die Segmente automatisch von der Reibfläche der Nabe/des
Zahnrades abheben und auf diese Weise ein zuverlässiges Ausrücken des Antriebselementes vom
Zahnrad sicherstellen. Die Bewegung der Nabe gegen das Zahnrad bewirkt
dann, dass die Segmente gegen die Vorspannkraft der Vorspanneinrichtung
in ihre zusammengezogene Konfiguration und in Eingriff mit der Reibfläche gepresst
werden. Die Vorspanneinrichtung hat in besonders vorteilhafter Weise
die Form einer Vielzahl von Segmentfedern, die zwischen benachbarten
Segmenten angeordnet sind und diese in Umfangsrichtung voneinander
wegdrücken.
Jedes Segment ist in vorteilhafter Weise mit einer Ausnehmung in
jedem Umfangsende zur Anordnung der Segmentfedern ausgestattet.
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Bei
einer nicht gezeigten alternativen Ausführungsform ist die Nabeneinheit
oder die Zahnradeinheit mit einer inneren konischen Reibfläche versehen,
die mit einer äußeren konischen
Reibfläche
in Eingriff tritt, welche auf dem Synchronisierring ausgebildet
ist. Die Segmente werden durch Bewegung der Nabe in Richtung auf
das Zahnrad in ihre expan dierte Konfiguration gedrückt, so
dass sie mit dem Konus in Reibeingriff treten und eine Antriebskupplung
zwischen der Nabe und dem Zahnrad bilden. Ferner kann ein Federbandelement
um die Segmente vorgesehen sein, das beispielsweise in einer in
den Segmenten ausgebildeten Umfangsnut untergebracht ist und bei
einer Bewegung der Nabe vom Zahnrad weg die Segmente in ihre zusammengezogene
Konfiguration drückt.
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Bei
einer Ausführungsform
ist das Zahnrad mit einer ersten inneren konischen Reibfläche und
einer zweiten äußeren konischen
Fläche
versehen. Die Einheit besitzt einen ersten segmentierten Synchronisierring,
der der ersten konischen Fläche
zugeordnet ist und auf dem eine externe konische Fläche ausgebildet
ist, und einen zweiten segmentierten Synchronisierring, der der
zweiten konischen Fläche zugeordnet
ist und auf dem eine innere konische Fläche ausgebildet ist. Die Bewegung
der Nabe in Richtung auf das Zahnrad drückt die Segmente des ersten
Synchronisierringes radial nach außen in Eingriff mit der ersten
konischen Fläche
des Zahnrades und die Segmente des zweiten Synchronisierringes radial nach
innen in Eingriff mit der zweiten konischen Fläche des Zahnrades. Auf diese
Weise wird das Drehmomentübertragungsvermögen der
Kupplung in einer weise wesentlich erhöht, die aufgrund des hohen Risikos
einer Reibblockade bisher mit herkömmlichen Einheiten nicht möglich war.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
ist die konische Reibfläche
auf dem Zahnrad ausgebildet und ist der Synchronisierring innerhalb
der Nabe untergebracht. Es kann jedoch auch die umgekehrte Ausführungsform
Verwendung finden, bei der die konische Reibfläche oder entsprechende Reibflächen auf
der Nabe ausgebildet sind.
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Die
Antriebskupplung zwischen dem oder jedem Synchronisierring und der
anderen Einheit aus der Nabeneinheit und der Zahnradeinheit wird
vorzugsweise mit Hilfe einer Vielzahl von radialen Ansätzen bewirkt,
die auf den Segmenten ausgebildet sind und mit radialen Taschen
in Eingriff stehen, welche in der anderen Einheit der Nabeneinheit
und der Zahnradeinheit ausgebildet sind. Diese Anordnung sorgt für eine zuverlässige Kupplung
zwischen der Nabe, die rasch und einfach montiert werden kann. Die
radiale Erstreckung der Ansätze
und Taschen sollte derart sein, dass sowohl im expandierten als
auch im zusammengezogenen Zustand der Segmente ein Eingriff aufrechterhalten
wird.
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Zum
besseren Verständnis
der Erfindung werden nunmehr einige beispielhafte Ausführungsformen
derselben in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Hiervon zeigen:
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1 eine
Seitenschnittansicht einer Synchronisiereinheit einer ersten Ausführungsform
der Erfindung;
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2 eine
Seitenschnittansicht einer Nabe, die einen Teil der Einheit der 1 bildet;
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3 eine
perspektivische Ansicht der Nabe der 2;
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4 eine
perspektivische Ansicht eines Segmentes eines segmentierten Synchronisierringes,
der einen Teil der vorliegenden Erfindung bildet;
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5 eine
auseinandergezogene perspektivische Ansicht der Nabe und des Synchronisierringes;
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6 eine
Endansicht der Nabe der 2 mit dem darin montierten segmentierten
Synchronisierring;
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7 eine
perspektivische, weggeschnittene Ansicht eines linken und rechten
segmentierten Synchronisierringes mit zugehörigen Freigabefedern;
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8 eine
Endansicht des segmentierten Synchronisierringes;
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9 eine
weggeschnittene Ansicht der montierten Synchronisierringe und Freigabefedern;
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10 eine
perspektivische Ansicht einer Nabe und einer Synchronisierringeinheit
gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung, bei der jede Seite der Nabe mit einem Paar von segmentierten
Synchronisierringen versehen ist;
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11 eine
auseinandergezogene Ansicht der Kupp lungsnabeneinheit der 10 mit
passenden Synchronisiereingriffsplatten; und
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12 eine
Seitenschnittansicht einer Synchronisiereinheit gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung.
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1 zeigt
eine Seitenschnittansicht einer bidirektionalen segmentierten Synchronisierkupplungseinheit
gemäß der Erfindung.
Die Einheit umfasst eine Nabe 1 mit einer mittleren Öffnung 2,
auf deren innerer Umfangsfläche
eine Vielzahl von Zähnen 3 ausgebildet
ist, wie deutlicher in 3 gezeigt. Ein Wellenelement 5 erstreckt
sich durch die Öffnung 2 in
der Nabe 1 und hat eine Vielzahl von Keilen oder Zähnen 6,
die mit den Zähnen 3 der Öffnung 2 in
Eingriff stehen, so dass die Nabe befestigt ist und sich zusammen
mit der Welle 5 dreht, während eine axiale Bewegung
der Nabe entlang der Welle möglich
ist. Eine derartige Axialbewegung der Nabe 1 wird über einen
Gestängearm
(nicht gezeigt) durchgeführt,
der mit einer Umfangsnut 7 in Eingriff steht, die in der
Außenfläche der
Nabe 1 ausgebildet ist, und kann manuell, hydraulisch,
elektronisch, elektromagnetisch oder auf irgendeine andere bekannte
Art und Weise ausgeführt
werden.
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Die
Nabe 1 ist auf der Welle 5 zwischen einem Paar
von Zahnrädern 10, 11 angeordnet,
die unterschiedliche Übersetzungen
vorsehen. Bei der in 1 gezeigten Einheit ist das
linke Zahnrad 10 ein Zahnrad mit einem großen Teildurchmesser,
während
das rechte Zahnrad 11 ein Zahnrad mit einem kleinen Teildurchmesser
ist. Jedes Zahnrad 10, 11 ist auf der Welle 5 gelagert,
so dass es sich um die Längsachse
der Welle unabhängig
von dieser drehen kann, und kämmt
mit einem zugehörigen
zweiten Zahnrad (nicht gezeigt), das wiederum auf einer zweiten
Welle (nicht gezeigt) montiert ist, um Antriebskraft zwischen jedem
Zahnrad 10, 11 und der zweiten Welle zu übertragen.
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Jedes
Zahnrad 10, 11 ist des weiteren mit einer sich
in Umfangsrichtung erstreckenden konischen Reibfläche 12, 13 auf
seiner der Nabe 1 gegenüberliegenden
Seite versehen, wobei sich diese Reibfläche nach innen in Richtung
auf die Nabe 1 verjüngt,
wie in 1 gezeigt. Die Synchronisierringe 15, 16 sind
in axial verlaufenden Ausnehmungen 17, 18 positioniert,
die auf gegenüberliegenden
Seiten der Nabe 1 ausgebildet sind. Die innere Umfangsfläche 19, 20 eines
jeden Ringes 15, 16 ist als innere konische Kupplungsfläche mit
einem Neigungswinkel ausgebildet, der dem Winkel der entsprechenden
konischen Flächen 12, 13 der
Zahnräder 10, 11 entspricht.
Die Innenflächen 19, 20 der Ringe 15, 16 können auch
mit Reibelementen (nicht gezeigt) bedeckt sein, die bekannt sind.
Die passenden Kontaktwinkel auf der konischen Fläche der Zahnräder 10, 11 und
der Synchronisierringe 15, 16 werden aus dem μ-Faktor des
verwendeten Konstruktionsmateriales berechnet, um ein einfaches
konisches Ausrücken
zu erreichen.
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Wie
deutlicher in den 5 und 8 gezeigt,
wird jeder Ring 15, 16 aus einer Vielzahl von einzelnen
bogenförmigen
Segmenten 15a, 15b, 15c, 15d gebildet,
die in Umfangsrichtung angeordnet sind und einen geschlossenen segmentierten
Synchronisierring 15 bilden. Ein derartiges Segment ist
in 4 gezeigt. Bei der dargestellten Ausführungsform
wird der Ring von vier identischen Segmenten gebildet, die sich
jeweils über
einen Winkel von etwa 90° erstrecken.
Es versteht sich jedoch, dass auch mehr oder weniger Segmente Verwendung
finden können
und dass die Segmente unterschiedliche Umfangserstreckungen besitzen
können.
Jedes Segment umfasst des weiteren eine Vielzahl von radial verlaufenden
Ansätzen 21 auf
seiner äußeren Umfangsfläche, die
mit komplementär
ausgebildeten Taschen 22 in Eingriff stehen, welche in
der inneren Umfangsfläche
einer jeden Öffnung 17, 18 der
Nabe ausgebildet sind, um die Segmente mit der Nabe zu verbinden
und eine relative Drehbewegung dazwischen zu verhindern. Nockenflächen (nicht
gezeigt) sind ebenfalls in den Öffnungen 17, 18 der
Nabe vorgesehen, die die Segmente bei einer Bewegung der Nabe 1 in
Richtung auf das Zahnrad 10, 11 in Richtung auf
den Zahnradkonus 12, 13 pressen. Eine Trennfeder 25 ist
zwischen benachbarten Segmenten 15a, 15b vorgesehen,
die die Segmente voneinander wegdrückt und somit den segmentierten
Ring 15, 16 in eine expandierte Konfiguration
vorspannt, in der er seine maximal mögliche radiale Größe besitzt. Das
Ausmaß dieser
Expansion wird durch die radialen Größen der segmentierten Ringe 15, 16 und
der Ausnehmungen 17, 18 in der Nabe 1,
in denen die Ringe untergebracht sind, beschränkt.
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Die
Nockenwirkung kann zwischen den Außenflächen der Ansätze 21 und
den Innenflächen
der Taschen 22 in den Öffnungen 17, 18 oder
zwischen den Außenflächen der
Abschnitte der Segmente, die sich zwischen den Ansätzen 21 erstrecken,
und den entsprechenden Abschnitten der Öffnungen 17, 18 erzeugt
werden.
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Die
Trennfedern 25 können
in Ausnehmungen in der Oberfläche
der Segmente untergebracht sein, wie gezeigt, oder die Form von
Druckfedern besitzen, die in sich in Umfangsrichtung erstreckenden Bohrungen
angeordnet sind, welche in den passenden Umfangsflächen der
Segmente ausgebildet sind.
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Eine
Rückzugsfeder 26 ist
ebenfalls um die konische Reibfläche 12, 13 eines
jeden Zahnrades 19, 11 zwischen einem jeden Zahnrad 10, 11 und
seinem zugehörigen
Synchronisierring 15, 16 angeordnet, wobei jede
Rückzugsfeder 26 mit
der vorderen Axialfläche
des zugehörigen
Synchronisierringes in Eingriff steht und diese vom Zahnrad in Richtung
auf die Nabe 1 und somit aus dem Eingriff mit der konischen
Reibfläche
des Zahnrades herausdrückt.
Aufgrund der Geschwindigkeitsdifferenz zwischen dem Zahnrad und
der Nabe 1 vor dem Beginn der Synchronisation ist eine
Federplatte 30 zwischen den Segmenten und jeder Rückzugsfeder 26 angeordnet, um
eine echte Lauffläche
vorzusehen.
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Die
Einheit funktioniert wie folgt:
In der neutralen Position ist
die Nabe 1 in der Mitte zwischen den beiden Zahnrädern 10, 11 angeordnet, wobei
in dieser Position die Vorspannkraft der Rückzugsfedern 26, die
den Zahnrädern 10, 11 zugeordnet
sind, ausgeglichen ist. Die Trennfedern, die zwischen den Segmenten
eines jeden Synchronisierringes 15, 16 angeordnet
sind, spannen die Segmente voneinander weg vor und bewirken, dass
der Ring radial bis zur maximal zulässigen Größe expandiert. Auf diese Weise
wird sichergestellt, dass die Innenflächen 19, 20 der
Synchronisierringe 15, 16 vollständig von
den konischen Reibflächen
der Zahnräder 10, 11 ausgerückt werden
und sich die Nabe 1 und die Welle 5 unabhängig von
jedem der Zahnräder 10, 11 zusammen
frei drehen können.
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Um
das Zahnrad 10 mit dem großen Teildurchmesser einzurücken, wird
die Nabe 1 in Axialrichtung auf der Welle in Richtung auf
dieses Zahnrad bewegt, indem der Gestängearm gegen die Kraft der
Rückzugsfeder
betätigt
wird. Wenn sich die Nabe 1 entlang der Welle 5 bewegt,
werden die Segmente 15a, 15b, 15c, 15d des
Synchronisierringes 15 anfangs durch den Eingriffsantrieb
infolge des Eingriffes der inneren Axialflächen der Ansätze 21 mit
den axialen Endflächen
der Ausnehmungen 22 der Nabe axial gegen das Zahnrad 10 bewegt,
bis die innere konische Fläche 19 des
Synchronisierringes 15 einen Kontakt mit der äußeren konischen
Fläche 12 des
Zahnrades 10 herstellt und die Geschwindigkeit der beiden
Teile zu synchronisieren beginnt. In diesem Stadium verhindert der
Reibkontakt zwischen den beiden konischen Flächen eine weitere axiale Bewegung
der Segmente und bewirkt die Eingriffskraft in Bezug auf die Nabe,
dass die Segmente fest gegen den Zahnradkonus 12 gepresst
und schließlich
mit diesem blockiert werden, so dass auf diese Weise die Antriebskupplung
zwischen der Nabe und dem Zahnrad erzielt wird. Da die Antriebskupplung nur
durch den Reibeingriff zwischen den beiden Konusflächen erreicht
wird, wird die Synchronisation automatisch durch das Rutschen zwischen
den beiden Reibflächen
während
des anfänglichen
Eingriffes erzielt.
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Um
die auf das Zahnrad einwirkende Antriebskraft mit dem Zahnrad außer Eingriff
zu bringen, wird die Nabe 1 in Axialrichtung vom Zahnrad 10 wegbewegt,
wodurch der Eingriffsdruck der Synchronisierringkonusfläche 19 auf
die Zahnradreibfläche 12 abgebaut
wird. Die Rückzugsfeder 26 kann
dann auf freie Weise die Ringsegmente 15a, 15b, 15c, 15d axial
vom Zahnrad 10 wegdrücken
und auf diese Weise diese mit der konischen Fläche 12 des Zahnrades 10 außer Eingriff
bringen und die Antriebsverbindung zwischen der Welle und dem Zahnrad 10 unterbrechen.
Wenn der Eingriffsdruck der Nabe auf die Segmente entfernt ist,
ist es unmöglich,
dass eine sogenannte Konusblockade auftritt, d.h. dass die Segmente 15a, 15b, 15c, 15d auf
dem Zahnradkonus festgeklemmt bleiben, da durch die Wirkung der Trennfedern 25 die
einzelnen Segmente des Synchronisierringes 15 voneinander
weggedrückt
werden und sichergestellt wird, dass sich die Segmente von der Konusfläche 12 des
Zahnrades abheben, um den Reibeingriff dazwischen zu unterbrechen.
Es ist somit kein Hindernis mehr für die Rückzugsfeder vorhanden, die
Segmente mit der Nabe in die neutrale Position zu bewegen. Auf diese
Weise wird für
sämtliche
Konuswinkel ein zuverlässiges
Ausrücken
des Zahnrades 10 sichergestellt. Ferner wird der aus dem radialen
Spalt zwischen den Synchronisierringen 15, 16 und
den konischen Flächen 12, 13 der
Zahnräder, der
auf die Expansion der Ringe zurückgeht,
wenn sich diese in ihrer neutralen Position befinden, resultierende
Widerstand eliminiert, während
eine Schmierung des Reibmateriales stattfinden kann.
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Das
Einrücken
und Ausrücken
des Zahnrades mit kleinem Teildurchmesser wird in entsprechender
Weise erreicht, wobei die Trennfedern 26 auf der Seite
des frei laufenden Zahnrades der Nabe sicherstellen, dass der Synchronisierring
auf dieser Seite von der konischen Fläche dieses Zahnrades frei gehalten
wird.
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Obwohl
bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform die Zahnräder die
konische Reibfläche
aufweisen und die Segmente des Synchronisierringes in der Nabe untergebracht
und mit dieser auf permanente nichtdrehbare Weise verbunden sind, ermöglicht die
vorliegende Erfindung natürlich
auch eine Umkehr dieser Konfiguration, so dass die Nabe mit einer
konischen Reibfläche
versehen ist, die jedem Zahnrad zugeordnet ist, und jeder Synchronisierring
nichtdrehbar mit einem Zahnrad verbunden ist und hierbei eine Bewegung
der Nabe in Richtung auf eines der Zahnräder durchgeführt werden
kann, damit der an diesem Zahnrad montierte Synchronisierring mit
der Reibfläche
der Nabe in Reibeingriff tritt und auf diese Weise die Nabe mit
dem Zahnrad treibend verbindet.
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Die 10 bis 12 zeigen
eine zweite Ausführungsform
der Erfindung. Die Nabe 101 dieser Ausführungsform besitzt wiederum
eine mittlere Öffnung 102 zur
Montage an einer Antriebswelle und auf der Oberfläche der Öffnung ausgebildete
Keile 103 zur nichtdrehbaren, jedoch axial gleitenden Montage der
Nabe an der Welle. Die Nabe 101 hat eine sich verjüngende ringförmige axiale
Verlängerung 108a,b, die
auf jeder Seite ausgebildet ist und deren äußere ringförmige Fläche 109 sich radial
nach innen verjüngt,
wenn sie sich von der Nabe weg erstreckt, um eine äußere kegelstumpfförmige Reibfläche 109 zu bilden,
während
sich die innere ringförmige
Fläche 110 hiervon
radial nach außen
in einer Richtung von der Nabe 101 weg verjüngt, um
eine innere kegelstumpfförmige
Reibfläche 110 zu
bilden.
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Ein
erster äußerer segmentierter
Synchronisierring 115 ist um die äußere kegelstumpfförmige Fläche 109 der
Nabe angeordnet und weist eine darauf ausgebildete innere kegelstumpfförmige Reibfläche 116 auf,
die bei Kontraktion des Ringes 115 mit der äußeren Reibfläche 109 der
Nabe in Eingriff tritt, um eine Antriebskupplung hiermit zu bewirken.
Ein zweiter innerer segmentierter Synchronisierring 120 ist
ebenfalls radial innerhalb der inneren kegelstumpfförmigen Fläche 110 der
Nabe angeordnet und hat eine äußere kegelstumpfförmige Reibfläche 121,
die darauf ausgebildet ist und bei radialer Expansion des Ringes 120 mit
der inneren kegelstumpfförmigen
Fläche 110 der
Nabe 101 in Eingriff tritt, um eine Antriebskupplung hiermit
zu erzeugen. Trennfedern 125a sind zwischen den Segmenten
des äußeren Ringes 115 vorgesehen,
die die Segmente radial voneinander wegdrücken und somit den ersten äußeren Ring 115 in
eine deaktivierte Position vorspannen, während sich eine geeignete Halteeinrichtung, wie
eine Federklemme 125b, um die Segmente des inneren segmentierten
Synchronisierringes 120 erstreckt, um die Segmente desselben
radial nach innen in Eingriff miteinander zu drücken und somit den inneren
Ring 120 ebenfalls in eine deaktivierte Position vorzuspannen.
Jedes der Segmente des inneren und äußeren Ringes 115, 120 besitzt
ebenfalls radiale Ansätze 126,
die auf der radialen Fläche
gegenüber
der Reibfläche
ausgebildet sind, wobei sich die Ansätze 126 des äußeren Ringes 115 radial
nach außen
von der Außenfläche der
Segmente und die Ansätze 126 des
inneren Ringes 120 radial nach innen von der Innenfläche der
Segmente erstrecken.
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Eine
Eingriffsplatte 111a, 111b ist auf jeder Seite
der Nabe 101 vorgesehen, wobei jede Platte 111a, 111b nichtdrehbar
auf ihrem zugehörigen Zahnrad
montiert ist und eine ringförmige
Ausnehmung 112 aufweist, die in ihrer der Nabe 101 gegenüberliegenden
Seite ausgebildet ist und mit der die gegenüberliegende ringförmige Verlängerung 108a, 108b der
Nabe 101 in Eingriff steht. Die innere 112a und äußere 112b radiale
Fläche
der Ausnehmung 112 weisen darin ausgebildete Taschen 119 auf,
mit denen die Ansätze 126 der
Synchronisierringe 115, 120 in Eingriff stehen,
um die Synchronisierringe 115, 120 mit der Eingriffsplatte 111a nichtdrehbar
zu verbinden. Die Höhe
der Ansätze 126 und
die Tiefe der Taschen 119 sind so ausgewählt, dass
die Ansätze mit
den Taschen in Eingriff bleiben und somit die Ringe 115, 120 in
Verbindung mit der Platte 111a verbleiben, wenn sich jeder
Ring zwischen seiner expandierten und seiner zusammengezogenen Konfiguration
bewegt. Die relativen Abmessungen der Eingriffsplatte 111a,
der Nabe 101 und der Antriebswelle sind derart, dass die
Eingriffsplatte die Drehung der Antriebswelle nicht störend beeinflusst,
während
die Innen- und Außenflächen der
Ausnehmung 112 in entsprechender Weise die maximale Expansion
und Kontraktion des äußeren und
inneren Synchronisierringes 115, 120 begrenzen
und somit die Segmente um die auf der Nabe 101 ausgebildeten
Reibflächen an
Ort und Stelle halten. Wie in den 11 und 12 gezeigt,
sind die Eingriffsplatten 111a, 111b separat von
den Zahnrädern
ausgebildet und besitzen Keile 130, die auf ihrer inneren
Umfangsfläche 129 ausgebildet sind
und mit komplementär
ausgebildeten Keilen 131 in Eingriff stehen, welche auf
einer äußeren Umfangsfläche 132 eines
jeden Zahnrades ausgebildet sind, um eine jede Eingriffsplatte 111a, 111b mit
dem zugehörigen
Zahnrad 117a, 117b nichtdrehbar zu verriegeln.
Diese Anordnung hat den Vorteil, dass die Herstellung und Montage
der Kupplung vereinfacht werden. Es versteht sich jedoch für den Durchschnittsfachmann,
dass auch jede Eingriffsplatte einstückig mit dem zugehörigen Zahnrad ausgebildet
sein kann.
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Mindestens
eine der Taschen 119, die in der Ausnehmung 112 einer
jeden Eingriffsplatte 111a, 111b ausgebildet sind,
und die Ansätze 126 der
Synchronisierringe 115, 120 sind mit Nockenflächen versehen,
so dass bei einer Bewegung der Nabe 101 in Richtung auf
eines der Zahnräder 117a, 117b durch die
Wechselwirkung der Ansätze 126 mit
dem Boden der Taschen 119 eine Nockenwirkung erzeugt wird, die
die Ansätze 126 aus
den Taschen 119 herausdrückt und somit die Segmente
in Eingriff mit der zugehörigen
Reibfläche 109, 110 der
Nabe 101 presst, und zwar in entsprechender weise wie bei
der Ausführungsform
der 1 bis 9. wenn die Nabe auf diese Weise
gegen eines der Zahnräder
gepresst wird, treten sowohl der innere Ring 115 als auch
der äußere Ring 120 gleichzeitig
mit gegenüberliegenden
Seiten der ringförmigen
axialen Verlängerung 108 der
Nabe in Eingriff und erzeugen eine besonders wirksame Synchronisierbelastung,
während
die Spannungen in der axialen Verlängerung 108 aufgrund
der ausgeglichenen Eingriffskräfte
minimiert werden. Alternativ dazu kann die Nockenwirkung zwischen
den Abschnitten der Segmente erzeugt werden, die sich zwischen den
Ansätzen 126 und den
entsprechenden Flächen
der Ausnehmungen 12 erstrecken.
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Bei
Freigabe der axialen Eingriffslast von der Nabe 101, um
die Antriebskraft über
das eingerückte Zahnrad
außer
Eingriff zu bringen und dadurch die Nockenbelastung der Segmente
zu entfernen, bewegen sich die Segmente anfangs axial mit der Nabe 101 von
ihrem zugehörigen
Zahnrad weg in eine Position, in der ein Radialspiel zwischen dem
inneren und äußeren Segment 115, 120 und
der zugehörigen Platte 111a, 111b vorhanden
ist, wenn irgendeine Konusblockade zwischen den Segmenten und der Nabe 101 vorhanden
ist. Die auf den Außenring 120 von
den Trennfedern 125a, die zwischen den Außensegmenten
angeordnet sind, ausgeübte
Vorspannkraft bewirkt dann eine Expansion des äußeren Ringes 120,
so dass dieser mit der äußeren konischen Fläche der
Nabe 101 außer
Eingriff tritt und die Antriebsverbindung hierzwischen unterbrochen
wird. In entsprechender Weise bewirkt dann die von der Federklemme 125b,
die um die Segmente des inneren Ringes 115 vorgesehen ist,
auf den Außenring 115 ausgeübte Vorspannkraft,
dass sich der innere Ring 115 in das Radialspiel zusammenzieht
und mit der inneren konischen Fläche
der Nabe 101 außer
Eingriff tritt, so dass daher die Antriebskupplung über den
inneren Ring 115 unterbrochen wird. Wenn keine Konusblockade
zwischen dem inneren und äußeren Ring 115, 120 und
dem Konus der Nabe 101 vorhanden ist, ziehen sich die Reibflächen 109, 110 der Nabe
in einfacher Weise aus ihrer Lage zwischen dem inneren und äußeren Ring 115, 120 zurück, so dass
die Segmente axial nicht bewegt werden.
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Bei
der in 12 gezeigten Ausführungsform
sind eine äußere und
innere Freigabefeder 135a, 135b, die vorzugsweise
die Form einer Wellenfeder oder Plattenfeder besitzen, zwischen
dem inneren und äußeren Ring 115, 120 und
der Nabe 101 vorgesehen, die die Segmente in Axialrichtung
gegen ihre zugehörige
Eingriffsplatte 111a, 111b drücken. Wenn sich die Segmente
anfangs in Axialrichtung mit der Nabe aufgrund einer aufgehobenen
Konusblockade auf diese Weise bewegen, bewegen sie sich unter der
Wirkung der Freigabefeder 135a, 135b zurück gegen
die Eingriffsplatte 111a, 111b und halten auf
diese Weise die maximale Trennung zwischen den Segmenten und den
konischen Flächen der
Nabe 101 aufrecht, wenn die Nabe ausgerückt ist. Es versteht sich jedoch,
dass unter einigen Umständen
die Freigabefedern auch auf der anderen Seite der Synchronisierringe
angeordnet sein können,
um die Segmente von der Eingriffsplatte weg in Positionen zu drücken, in
denen sie expandieren/sich von den konischen Flächen der Nabe 101 zurückziehen
können.
Des weiteren kann die Freigabefeder bei einigen Konfigurationen
vollständig
weggelassen werden. Es versteht sich natürlich, dass bei sämtlichen
Konfigurationen die relativen Winkel der miteinander in Eingriff
stehenden Nockenflächen
so groß sein
müssen,
dass keine Reibungsblockade zwischen den Segmenten und den Eingriffsstellen 111a, 111b auftreten
kann, die ein Ausrücken
verhindern kann.
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Obwohl
bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform die ringförmige Ausnehmung 112 in
den Eingriffsplatten 111a, 111b und die ringförmige axiale
Verlängerung,
die die innere und äußere Reibfläche trägt, auf
der Nabe ausgebildet sind, versteht es sich natürlich, dass die Erfindung auch mit
einer umgekehrten Konfiguration funktioniert, d.h. bei der die oder
jede konische Reibfläche
auf dem Zahnrad oder der Eingriffsplatte ausgebildet ist und die
Taschen, mit denen die Ansätze
der Synchronisierringe in Eingriff stehen, in der Nabe 101 ausgebildet
sind.
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Des
weiteren kann bei einer nicht dargestellten Ausführungsform ein einziger segmentierter
Synchronisierring mit einer äußeren konischen
Reibfläche
einem jeden Zahnrad zugeordnet sein, wobei dieser einzige Reibring
in entsprechender Weise auf den inneren Synchronisierring der Ausführungsform der 10 bis 12 während des
Einrückens
und Ausrückens
der Antriebskraft über
das Zahnrad wirkt.
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Obwohl
die Erfindung vorstehend in Verbindung mit Synchronisierringen für Kupplungen
beschrieben wurde, versteht es sich für den Durchschnittsfachmann,
dass der segmentierte Ring der Erfindung auf jedem Gebiet Anwendung
finden kann, auf dem eine mit Drehkraft arbeitende Reibungskupplung
erforderlich ist, bei der eine Konusblockade ein Problem bilden
kann, und auch dort Anwendung finden kann, wo ein Drehreibeingriff
als Mittel zum Stoppen einer Bewegung benutzt wird, wie beispielsweise
in einem Bremssystem.
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Die
vorliegende Erfindung sieht daher eine Reibungskupplungseinheit
vor, die umfasst: ein erstes Element mit mindestens einer konischen
Reibfläche,
die auf dem Element ausgebildet ist, ein zweites Element mit einem
segmentierten Ring, der nichtdrehbar hiermit verbunden ist und eine
darauf ausgebildete Reibfläche
aufweist, die mit der konischen Reibfläche des ersten Elementes in
Eingriff bringbar ist, wobei der segmentierte Ring zwischen einer
ersten expandierten Konfiguration, in der der Ring einen ersten
Radius besitzt, und einer zweiten zusammengezogenen Konfiguration,
in der der Ring einen zweiten Radius aufweist, der kleiner ist als
der erste Radius, bewegbar ist und mindestens ein Element aus dem
ersten und zweiten Element drehbar ist, wodurch bei einer Betätigung der
Einheit, insbesondere einer Bewegung von einem Element aus dem ersten und
zweiten Element in Richtung auf das andere Element, der Ring so
in eine Konfiguration der expandierten und zusammengezogenen Konfiguration
gedrückt
wird, dass die Reibfläche
gegen die konische Reibfläche
des ersten Elementes gepresst wird, um das erste und zweite Element
reibend miteinander zu koppeln.
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Eines
der Elemente kann drehfest angeordnet sein, so dass bei Betätigung eine
eine Drehung stoppende Kraft auf das andere Element aufgebracht wird,
wobei diese Elemente beispielsweise einen Teil eines Fahrzeugbremssystems
bilden. Alternativ dazu können
auch beide Elemente drehbar sein, wobei der segmentierte Ring eine
Antriebskupplung zwischen diesen Elementen vorsieht. Das System
kann auch bei Antriebssystemen (Drehmomentübertragungssystemen) und entsprechenden
Vorrichtungen während
der Beschleunigung und Verzögerung
oder bei irgendeiner anderen Antriebskupplung oder einem Antriebsunterstützungssystem,
bei dem eine Reibungskupplung Verwendung findet, Anwendung finden.
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Es
versteht sich ferner, dass sämtliche
vorstehend in Verbindung mit der Synchronisierkupplungsausführungsform
der Erfindung beschriebenen Entwicklungen und Varianten auch für andere
mögliche
Anwendungsfälle
einer Reibungskupplungseinheit geeignet sind.