DE69800959T2

DE69800959T2 - Synchronisiereinrichtung

Info

Publication number: DE69800959T2
Application number: DE69800959T
Authority: DE
Inventors: Richard Alexander Nellums
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 1997-08-11
Filing date: 1998-08-01
Publication date: 2002-03-28
Anticipated expiration: 2018-08-02
Also published as: CN1103880C; US5901823A; JP4072741B2; AR016588A1; JPH11117949A; TR199801545A2; EP0897065A1; ZA987038B; CN1208134A; TR199801545A3; PL193525B1; EP0897065B1; BR9803007A; PL327886A1; DE69800959D1

Description

Feld der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Synchronisieranordnung für Getriebe.

Hintergrund zu der Erfindung

Es ist hinlänglich bekannt, dass Synchronisiereinrichtungen bei mehrgängigen Stufengetrieben verwendet werden können, um das Schalten von einigen oder sämtlichen Getriebegängen zu unterstützen. Es ist auch bekannt, dass mit Synchronisieranordnungen die mit Servokraft erzeugenden Mittel arbeiten, der zum Schalten notwendige Kraftaufwand und/oder die Zeit, die zum Schalten erforderlich ist, vermindert werden kann. Im allgemeinen nimmt der Kraftaufwand des Fahrers für das Schalten mit der Größe des Fahrzeugs zu, weshalb Synchronisieranordnungen, die mit Servokraft arbeiten, von besonderer Bedeutung für Schwerlastfahrzeugen sind. Beispiele für Synchronisieranordnungen, die für die hier beschriebene Synchronisieranordnung von Bedeutung sein können, lassen sich den US-Patenten 5 078 245, 5 092 439 der japanischen Offenlegungsschrift 45-27483 und der deutschen Patentschrift 1 098 824 entnehmen.
Die britische Patentanmeldung UK 142 390 A beschreibt einen Sperrzapfen für eine Synchronisieranordnung eines Getriebes, wobei der Zapfen geneigte Rampenabschnitte trägt, die dazu eingerichtet sind, reibschlüssig mit einer nachgiebigen Rasteinrichtung zusammenzuwirken, und ein geneigter Rampenbereich des Sperrzapfens Kräfte erzeugt, die bestrebt sind, die Schaltmuffe der Synchronisiereinrichtung in Richtung auf die ausgewählte Gangposition zu "ziehen".

Kurzfassung der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Synchronisieranordnung mit verbesserten Servokraft erzeugenden Mitteln zu schaffen.
Eine Synchronisieranordnung wie sie in der japanischen Patentanmeldung 45-27 483 beschrieben ist und wie sie den Stand der Technik aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1 wiedergibt, umfasst eine Synchronisiereinrichtung, um einen ersten und einen zweiten Antrieb reibschlüssig miteinander zu kuppeln und formschlüssig aneinander zu kuppeln, damit diese um eine gemeinsame Achse rotieren. Zu der Synchronisieranordnung gehören erste Klauemittel, die axial in den Eingriffen mit zweiten Klauenmitteln zu bewegen sind, um die Antriebe in Abhängigkeit von einer Eingriffsbewegung der ersten Klauenmittel durch eine axial gerichtete Schaltkraft (Fo) formschlüssig miteinander zu kuppeln. Die ersten Reibmittel sind mit den zweiten Reibmitteln in Abhängigkeit von der Einrückbewegung der ersten Klauenmittel axial in Eingriff zu bringen, um ein Synchronisationsdrehmoment zu erzeugen. In Abhängigkeit von der Einrückbewegung der ersten Klauenmittel sind Sperrmittel miteinander in Eingriff zu bringen, um ein asynchrones Einrücken der Klauenmittel zu verhindern und um die Schaltkraft (Fo) auf die ersten Reibmittel zu übertragen, um eine Eingriffskraft für die Reibmittel zu erzeugen. Servokraft erzeugende Mittel dienen dazu, auf das Synchronisationsdrehmoment anzusprechen und um eine zusätzliche Axialkraft (Fa) in Richtung der Schaltkraft (Fo) hervorzurufen, um die Einrückkraft für die Reibmittel zu erhöhen. Kraft begrenzende Mittel begrenzen die Größe der zusätzlichen Axialkraft (Fa).
Die Verbesserung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kraft begrenzenden Mittel nachgiebige Mittel umfassen, die so angeordnet sind, dass sie das Synchronisationsdrehmoment zwischen dem ersten und dem zweiten Antrieb radial übertragen.

Kurzbeschreibung der Figuren:

Eine Synchronisieranordnung ist in den beigefügten Zeichnungen dargestellt, wobei:
Fig. 1 eine zweiseitig wirkende Synchronisieranordnung in einer Neutralstellung zeigen, geschnitten längs einer Linie 1-1 nach Fig. 2,
Fig. 2 die Synchronisieranordnung nach Fig. 1 zeigt geschnitten längs der Linie 2-2 nach Fig. 1;
Fig. 3a und 3b vergrößerte Ansichten eines Bauteils aus Fig. 3 bzw. 2 zeigen, in einer Ansicht rechtwinklig und parallel zu der Achse der Welle;
Fig. 4 eine grafische Darstellung der Axialkräfte und Drehmomente zeigt, die auf eine Schaltscheibe der Synchronisieranordnung wirkt, und
Fig. 5 und 6 ein modifiziertes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorkraft erzeugenden Bauteile aus den Fig. 1 und 2 zeigen.
Die Zeichnungen sind durch von Weglassen von Hintergrundlinien der Bauteile vereinfacht.

Detaillierte Beschreibung der Figuren

Der Ausdruck Synchronisiereinrichtung soll im hier benutzten Sinne eine Kupplungsanordnung bezeichnen, die dazu verwendet wird, drehfest ein ausgewähltes Gangzahnrad mittels einer formschlüssigen Kupplung an eine Welle anzukuppeln, wobei der Versuch des formschlüssigen Ankuppelns solange verhindert wird, bis die Teile der formschlüssigen Kupplung mittels einer Synchronisierkupplung, die der formschlüssigen Kupplung zugeordnet ist, im Wesentlichen in die synchrone Rotation gebracht werden. Der Ausdruck "Servokraft erzeugen" soll eine Synchronisierkupplungsanordnung bezeichnen, die Rampen, Nocken oder dergleichen umfasst, um die Einrückkraft für die Synchronisationsreibkupplung in Abhängigkeit von dem Synchronisierdrehmoment der Reibkupplung zu erhöhen.
Zunächst wird Bezug genommen auf die Fig. 1, 2, 3a und 3b, in denen eine Synchronisieranordnung 10 entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1 gezeigt ist, wobei zu der Anordnung eine Antriebswelle 12, die in einem Getriebe um eine Achse 12 drehbar gelagert ist, axial voneinander beanstandete Antriebe oder Zahnräder 14, 16 und eine zweiseitig wirkende Synchronisieranordnung 10 gehören. Die Welle 12 weist zylindrische Flächen 12b, 12c auf, die drehbar mittels Lager 19 und eines ringförmigen Teils 20 die Zahnräder tragen, wobei das ringförmige Teil 20 einen Außendurchmesser aufweist, der größer als die Durchmesser der zylindrischen Flächen. Das ringförmige Teil trennt aufgrund seiner axialen Länge die Zahnräder mittels axial gegenüberstehender Schultern 20a, 20b, die die axiale Bewegung der Zahnräder aufeinander zu begrenzen. Die axiale Bewegung der Zahnräder voneinander weg wird durch beliebige andere bekannte Maßnahmen begrenzt. Das ringförmige Element kann aus einer Hülse hergestellt sein, die auf der Welle befestigt ist, oder wie hier einstückig in der Welle ausgeführt sein. In der Außenumfangsfläche des ringförmigen Teils ist eine Außenverzahnung 20c ausgebildet, und es sind 3 Ausnehmungen 20d enthalten mit einer axialen Länge, die gleich der axialen Länge des ringförmigen Teils sowie von Servokraft erzeugenden Kulissenflächen 20e, 20f ist, wie dies weiter unten erläutert ist. Jede Ausnehmung wird durch wegnehmen von vollständigen oder Abschnitten der Verzahnungszähne 20c erhalten.
Zu der Synchronisieranordnung 18 gehören Reibringe 22, 24, an den Zahnrädern 14, 16 befestigte Klauenglieder 26, 28, ein axial bewegbares Klauenglied 30, das Innenverzahnungszähne 30a aufweist, die durchgehend verschieblich mit Außenverzahnungszähnen 20c an der Außenumfangsfläche des ringförmigen Teils 20 zusammenpassen, eine radial sich erstreckende Schaltscheibe 32 mit axial gegenüberliegenden Stirnseiten 32a, 32b, die sandwichartig zwischen Stirnflächen von Sicherungsringen 34 liegt, die in Ringnuten 30b des Klauenteils 30 sitzen, axial bewegbare Reibringe 36, 38, die mittels dreier in Umfangsrichtung voneinander beabstandeter Zapfen 50 aneinander befestigt sind, die jeweils von den Reibringen ausgehen und durch Öffnungen und durch Öffnungen 32c in der Scheibe hindurch verlaufen, so wie drei Vorkraft erzeugende Anordnungen 42, die in Fig. 2 ungeschnitten gezeigt sind. Bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 verhindern die Sicherungsringe 34 eine axiale Bewegung des Klauenglieds 30 gegenüber der Scheibe 32, ermöglichen jedoch eine Relativdrehung zwischen diesen Teilen.
Die Reibringe weisen konusförmige Reibflächen 22a, 36a und 24a, 38a auf, die zum reibschlüssigen Synchronisieren der Zahnräder mit der Welle vor dem Einrücken der Klauenglieder miteinander in Eingriff kommen. Ein weiter Bereich von Konuswinkeln kann verwendet werden; Konuswinkel von 7,5º können für die Synchronisieranordnung verwendet werden, wie sie hier gezeigt ist. Die Reibflächen 36, 38a und oder 22a, 24a, können aus einem beliebigen von unterschiedlichen bekannten Reibmaterialien bestehen, das an einem Grundkörper befestigt ist; pyrolytischer Kohlenstoff wird als Reibmaterial bevorzugt, wie dies in den US-Patenten 4,700,823 und 4,844,218 und 4,778,548 beschrieben ist.
Jeder Zapfen 40 umfasst Abschnitte 40a mit großem Durchmesser, der etwas kleiner ist, als der Durchmesser der Öffnungen 32c der Scheiben, einen Bereich mit vermindertem Durchmesser, beziehungsweise einen dünnen Abschnitt 40b, der von den Reibringen 36, 38 beabstandet ist (hier in der Mitte liegt) und konische Sperrschultern oder Sperrflächen 40c, 40d, die ausgehend von der Zapfenachse radial nach außen verlaufen und axial jeweils voneinander weg, und zwar unter Winkeln gegenüber einer Ebene, auf der die Zapfenachse senkrecht steht. Wenn sich die Nutenabschnitte in ihren zugehörigen Öffnungen 31c der Scheibe befinden, gestatten sie eine begrenzte Rotation der daran befestigten Anordnung aus Reibring und Zapfen gegenüber der Scheibe, damit die Zapfensperrschultern mit den abgeschrägten Sperrschultern 32a in Eingriff kommen können, die um die Scheibenöffnungen 32c herum ausgebildet sind.
Die Vorkraft erzeugenden Anordnungen 42 können in beliebiger Weise ausgeführt werden, wobei sie hier in der geteilten Bauart ausgeführt sind, die in dem US-Patent 5,339,936 ausführlicher gezeigt und dort beschrieben sind. Jede Vorkraft erzeugende Anordnung erstreckt sich axial zwischen den Reibringen 36 und 38 durch eine der Öffnungen 32d in der Schaltscheibe. Die Öffnungen 32d sind abwechselnd zwischen den Öffnungen 32c beabstandet. Es sollte an dieser Stelle ausreichend zu erwähnen, dass jede Vorkraft erzeugende Anordnung zwei Schalen 44 mit Enden 44a und wenigstens zwei Blattfedern 46 aufweist, die sandwichartig zwischen den Schalen 44 eingefügt sind und diese voneinander weg vorspannen. Jedes Paar von Schalen 44 bildet einen Abschnitt mit einem Durchmesser kleiner als der Durchmesser der zugehörigen Öffnung 32d, wenn die Schalen zusammengedrückt sind, sowie eine Ringnut 44b mit abgeschrägten Endflächen 44c und den Enden 44a. Die Enden 44a wirken in bekannter Weise gegen die Reibringe 36, 38 während die Abschrägungen 44 gegen die Abschrägungen an den Öffnungen 32d in der Scheibe 42 in Abhängigkeit in einer anfänglichen Bewegung der Scheibe 32 drücken, um so die initiale Einrückbewegung der Reibkupplungen und das initiale Drehmoment für die gegenüber der Scheibe 32 umlaufenden Zapfen 40 und die Positionierung der Sperrschultern im Sinne eines Eingriffs bewirken.
Wie zuvor erwähnt, gehören zu dem Klauenglied 30 Verzahnungszähnen 30a, die mit Außenverzahnungszähnen 20c des an der Welle befestigten Teils 20 verschieblich zusammenpassen. Die Außenverzahnungszähne weisen Flankenflächen auf, die sich parallel zu der Wellenachse erstrecken und verhindern gemeinsam mit den damit zusammenpassenden Flankenflächen der Verzahnungszähne an dem Klauenglied einer Relativdrehung zwischen diesen Teilen. Das Klauenglied 30 enthält ferner drei radial sich erstreckende Bohrung 30c, von denen jede einen Vorkraft erzeugenden. Bolzen 48 enthält, der verschieblich herausragt, sowie drei Vorsprünge 30d an der Außenumfangsfläche, die radial nach außen in Ausnehmungen 32e in der Innenumfangsfläche der Scheibe 32 ragen. Die Vorsprünge und die Ausnehmungen bilden Anschläge, um das Maß der Relativdrehung zwischen der Scheibe 32 und dem Klauenglied 30 zu begrenzen, das drehfest mit der Welle 12 verbunden ist. Die Bolzen 48 sind in allen Figuren ungeschnitten gezeigt. Jede Ausnehmung hat in Umfangsrichtung gesehen eine Länge, die größer ist als die in Umfangsrichtung gesehene Breite der Vorsprünge, um eine Relativdrehung zwischen der Scheibe 32 und dem Klauenglied 30 zu ermöglichen, damit die Vorkraft erzeugende Einrichtung wirksam werden kann.
Die Scheibe 32 trägt ferner drei Paare von Kulissenflächen 32f, 32g an der Innenumfangsfläche, um die Bolzen 48 radial nach innen entweder gegen die Rampenfläche 20e oder gegen die Rampenfläche 20f zu bewegen, damit sie auch das Synchronisationsdrehmoment ansprechen können, das zwischen den Konuskupplungen wirkt, und um die zusätzliche Servokraft hervorzurufen, um die Einrückkraft für die Konuskupplungen zu erhöhen, die zunächst lediglich durch eine auf die Scheibe 32 wirkende Schaltkraft in Eingriff gebracht sind, und um das Synchronisationsdrehmoment, das von den Konuskupplungen hervorgerufen wird, zu erhöhen. Rampen- oder Nockenfolgerflächen 48a, 48b an dem Bolzen 48 wirken gegen die Schrägflächen 20f, 20g, um die zusätzliche Axialkraft zu erzeugen, damit das Synchronisationsdrehmoment für die Zahnräder 16, 14 beim Heraufschalten beziehungsweise Herunterschalten in Abhängigkeit von der Relativdrehung der jeweiligen mit der Scheibe in Eingriff stehenden Nockenflächen 32f, 32g gegenüber einer zylindrischen Schrägfläche oder einer Nockenfolgerfläche 48c des Bolzen 48 zu erhöhen. Die Nockenflächen, wie sie hier gezeigt sind, erzeugen ein zusätzliches Synchronisationsdrehmoment sowohl für beide Zahnräder als auch eine zunehmende Synchronisationskraft beim Herauf- und Herunterschalten. Die Nockenflächen 20e, 20f können so gestaltet sein, dass eine erste imaginäre Linie in jeder Fläche in einer imaginären Ebene liegt, die parallel zu der Achse 12a ausgerichtet ist, während eine zweite imaginäre Linie jeder Fläche einen rechten Winkel sowohl mit der ersten imaginären Linie als auch mit der zu der Achse parallelen imaginären Flächen bildet. Die Nockenfolgerflächen 48a, 48b können entsprechend der gleichen Bemessungsregeln wie die Nockenflächen 20e, 20f gestaltet sein. Die Nockenflächen 32f, 32g können so gestaltete sein, dass eine erste imaginäre Linie in ihre Oberfläche in einer imaginären Ebene liegt, die auf der Wellenachse 12a senkrecht steht, während eine zweite imaginäre Linie in der Fläche einen rechten Winkel sowohl mit der ersten imaginären Linie als auch mit der zu der Achse rechtwinkligen imaginären Ebene bildet. Die Nockenfolgerflächen 48c können entsprechend der selben Bemessungsregel wie die Nockenflächen 32f, 32g gestaltet sein. Die erste imaginäre Linie, die in sämtliche Nockenflächen liegt, kann gekrümmt sein, wie dies die Nockenfolgerflächen 48c gezeigt ist.
Wenn sich die Scheibe 32 in der Neutralstellung gemäß Fig. 1 befindet, sind die Bereiche 40b der Zapfen 40 mit vermindertem Durchmesser mit den Scheibenöffnungen 32c ausgerichtet, die Reibflächen der Konuskupplungen sind geringfügig voneinander beabstandet und werden durch die angefasten oder abgeschrägten Vorkraft erzeugenden Flächen 40c der Vorkraft erzeugenden Mittel 42 auf Abstand gehalten, die mit den Vorkraft erzeugenden abgeschrägten Flächen an den Scheibenbohrungen 32d zufolge der Kraft der Federn 46 zusammenwirken, während die Bolzen 48 auf die axial sich erstrecken Flachflächen 20g zwischen den Nocken 20e, 20f ausgerichtet sind, um an diesen anzuliegen. Die Flachflächen 20g verhindern zusammen mit der Axialkraft, die durch die Vorkraft erzeugenden Flächen hervorgerufen wird, dass eine Servokraft hervorgerufen wird und unbeabsichtigt die Synchronisierer aufgrund der viskosen Scherkraft des Öls zwischen den Konuskupplungsflächen in Eingriff kommen. Wenn eines der Zahnräder an die Welle angekuppelt werden soll, wird ein zweckmäßiger, jedoch nicht gezeigter Schaltmechanismus, wie er beispielsweise in dem US-Patent 4 920 815 gezeigt ist, mit dem Außenumfang der Scheibe 32 in bekannterweise verbunden, um die Scheibe längs der Achse der Welle 12 entweder nach links zum Ankuppeln des Zahnrades 14 oder nach rechts zum Ankuppeln des Zahnrades 16 zu verschieben. Der Schaltmechanismus kann durch einen Fahrer über ein Gestängesystem bewegt werden oder wahlweise durch einen Aktuator oder durch Mittel, die automatische eine Schaltbewegung der Anordnung initialisieren und die Größe der Kraft, die auf den Schaltmechanismus ausgeübt wird, zu kontrollieren. Wenn der Schaltmechnismus von Hand bewegt wird, ist die Kraft proportional der Kraft, die vom Fahrer auf den Schalthebel ausgeübt wird.
Die Kraft wird auf die Scheibe 32 in axialer Richtung ausgeübt, gleichgültig ob sie von Hand oder automatisch aufgebracht wird und sie wird durch die Länge eines Pfeiles Fo in Fig. 4 veranschaulicht.
Die anfänglich nach rechts gerichtete Axialbewegung der Scheibe 32 zufolge der vom Fahrer aufgebrachten Schaltkraft F&sub0; wird über die Vorkraft erzeugenden Flächen 44 übertragen, um einen initialen Reibeingriff der Konusfläche 38a mit der Konusfläche 24a hervorzurufen. Die initiale Einrückbewegung an der Konusfläche ist selbstverständlich eine Funktion der Federn 46 sowie der Winkel der Vorkraft erzeugenden Flächen. Der initiale Reibeingriff (vorausgesetzt es liegt eine nicht synchrone Bedingung vor und die Wirkung der Servokraft erzeugenden Nocken wird im Augenblick vernachlässigt) erzeugt eine initiale Einrückkraft an der Konuskupplung sowie ein initiales Synchronisationsdrehmoment, das eine begrenzte Relativdrehung zwischen der Scheibe 32 und dem in Eingriff stehenden Reibring gewährleistet und somit die Bewegung des Zapfenabschnitts 40b mit vermindertem Durchmesser zu der entsprechenden Seite der Scheibenöffnung 32d, damit die Zapfensperrschultern 40d mit den Sperrschultern 32h, die um die Öffnung 32c herum ausgebildet sind, in Eingriff kommen. Wenn die Sperrschultern anliegen, wird die gesamte von dem Fahrer auf die Scheibe 32c übertragene Schaltkraft auf dem Reibring 38 über die Sperrschultern übertragen, womit die Konuskupplung mit der vollen durch den Fahrer aufgebrachten Schaltkraft F&sub0; eingerückt wird, um ein aus der Fahrerkraft resultierendes Synchronisationsdrehmoment To zu erzeugen. Dieses vom Fahrer aufgebrachte Synchronisationsdrehmoment To ist in Fig. 4 durch einen Pfeil To veranschaulicht. Da die Sperrschultern unter einem Winkel gegenüber der Axialrichtung der durch den Fahrer ausgeübten Schaltkraft Fo angeordnet sind, erzeugen sie eine Gegenkraft oder ein Entsperrdrehmoment, das dem Synchronisationsdrehmoment, wie es von der Konuskupplung kommt, entgegenwirkt, jedoch während der Synchronbedingung jedoch kleiner ist. Sobald die Synchronität im Wesentlichen erreicht ist, fällt das Synchronisationsdrehmoment unter das Entsperrdrehmoment und die Sperrschultern bewegen die Zapfen 40 in eine konzentrische Stellung zu den Öffnungen 32c, so dass die Axialbewegung der Scheibe fortgesetzt werden kann und das Einrücken der Innenverzahnungszähne/Klauenzähne 30a des Klauenglieds 30 in die Außenverzahnungszähne/Klauenzähne des Klauenteils 28 des Zahnrades 16 möglich ist. Die Innenverzahnungszähne/Klauenzähne können, wie in den US-Patenten 3 265 173 und 4 226 993 gezeigt gestaltet sein. Wenn weiterhin die Wirkungen der Servokraft erzeugenden Schrägflächen vernachlässig wirkt, kann das Konuskupplungsdrehmoment, das durch die Kraft Fo hervorgerufen wird, durch die Gleichung (1) ausgedrückt werden.
To = Fo Rc uc/sinα
wobei gilt:
Rc = mittlerer Radius der Konusreibfläche
uc = Reibquotient der Konusreibfläche
α = Winkel der Konusreibflächen
Wenn nun die Auswirkungen der Servokraft erzeugenden Nocken betrachtet wird, wird das Synchronisationsdrehmoment (T&sub0;) zufolge der durch den Fahrer ausgeübten axialen Schaltkraft Fo selbstverständlich über die Zapfen 40 auf die Scheibe 32 übertragen und wirkt über die Servokraft erzeugenden Nockenflächen und über die Bolzen 48 auf die Welle 12. Im Eingriffszustand verursachen die Servokraft erzeugenden Nockenflächen eine zusätzliche Axialkraft Fa, die auf die Scheibe in der selben Richtung wirkt wie die Schaltkraft Fo. Die zusätzliche additive Kraft Fa wirkt auf die in Eingriff stehenden Reibflächen über die Sperrflächen längs eines Kraftweges, der die Bolzen 48, die gegen die Klauenkupplungsöffnungen 30 wirken, den Sicherungsring 34 und die Scheibe 32 einschließt. Die Kräfte Fo und Fa wirken auf die Schaltscheibe 32 parallel und summieren sich zu einer Gesamtkraft Ft, wodurch die Einrückkraft für die Konuskupplung weiter erhöht wird, um ein zusätzliches Synchronisationsdrehmoment Ta hervorzurufen, das zu dem Drehmoment To hinzukommt, um ein Gesamtdrehmoment Tc zu erzeugen. Die Summe der Axialkräfte zum Einrücken der Konuskupplung sind Fo + Fa, während die Summe der Synchronisationsdrehmomente, die von der Konuskupplung erzeugt werden To + Ta sind, wie dies in Fig. 4 graphisch gezeigt ist. Bei einer gegebenen durch den Fahrer hervorgerufenen Schaltkraft Fo und einem durch den Fahrer hervorrufenden Synchronisationsdrehmoment To ist die Größe der zusätzlichen Axialkraft vorzugsweise eine Funktion der Winkel der miteinander in Eingriff stehenden Servokraft erzeugenden Schrägflächen. Diese Winkel sind vorzugsweise groß genug, um eine zusätzliche Fa mit einer Größe zu erzeugen, die ausreichend ist, um das Synchronisationsdrehmoment deutlich zu erhöhen und die Synchronisationszeit in Abhängigkeit von einer mäßigen Schaltanstrengung, die durch den Fahrer aufzubringen ist, zu vermindern. Jedoch sind diese Winkel auch vorzugsweise klein genug, um eine kontrollierbare axiale Schaltkraft Fa hervorzurufen, d. h die Kraft Fa sollte sich vorzugsweise in Abhängigkeit einer zunehmenden oder abnehmenden Kraft Fo erhöhen oder vermindern. Wenn die Schrägflächenwinkel zu groß sind, sind die Schrägflächen selbstblockierend und nicht Servokraft erzeugend; in diesem Fall würde, wenn einmal ein initialer Eingriff der Konuskupplung durch die Kraft Fa hervorgerufen ist, die Kraft Fa unabhängig von der Kraft Fo schnell und unkontrollierbar ansteigen, wodurch die Konuskupplung unkontrollierbar zum Blockieren gebracht wird. Ein Selbstblockieren anstelle einer Servokrafterzeugung vermindert die Schaltqualität und das Schaltgefühl, kann die Komponenten der Synchronisieranordnung überlasten und eine Überhitzung und schnelle Abnutzung der Konuskupplungsflächen verursachen. Die wichtigsten Variablen und Gleichungen zum Berechnen der Winkel der Vorkraft erzeugenden Schrägflächen können dem oben erwähnten US-Patent 5 092 439 entnommen werden.
Die Fig. 5 und 6 veranschaulichen Ausschnitte aus der Synchronisieranordnung aus den Fig. 1 und 2, die gemäß der Erfindung modifiziert sind und kraftbegrenzende Federn enthalten, um das maximale Maß der zusätzlichen Axialkraft Fa zu begrenzen, die von den Schrägflächen erzeugt wird. Die Modifikation betrifft hauptsächlich den Ersatz der Bolzen 48 durch Federgehäuse 60, die nachgiebig das Synchronisationsdrehmoment in radialer Richtung von den Nockenflächen 32f, 32g auf die Schrägflächen 20e, 20f übertragen. Das Klauenglied 30 ist mit größer bemessenen radial verlaufenden Bohrungen 30c' versehen, in denen das Federgehäuse 60 in ähnlicher Weise angeordnet ist, wie die Bolzen 48.
Zu jedem Federgehäuse gehören zwei becherförmige Teile 62a, 64a mit entsprechenden Böden 62a, 64a und zylindrischen Krägen 62b, 64b, die verschieblich ineinander stecken und eine Innenkammer mit einer darin befindlichen Druckfeder 66 bilden, durch die die becherförmigen Teile 62, 64 radial in entgegengesetzte Richtungen vorgespannt sind. Ein Wegbewegen der Teile über die gezeigte Stellung hinaus wird verhindert, indem eine Schulter 64c an Zapfen 68 zur Anlage kommt, die in Bohrungen in dem Kragen 62b eingepresst sind. Die Enden 62a und 64a können gekrümmte oder zylindrische Nockenfolgerflächen 62c, 64d tragen, die ähnlich den Nockenfolgerflächen 48c des Bolzen 48 sind. Ein Vorteil der gekrümmten Flächen 62c und/oder 64d besteht darin, dass sie ohne Änderung weiterverwendet werden können, wenn die Winkel und/oder die Krümmung der Nockenfläche 20e, 20f, 32f, 32g verändert werden, um das Maß oder die Kennlinien der zusätzlichen Axialkraft zu verändern. Die Fortsätze 30d und die Ausnehmungen 32e begrenzen das maximale Maß des Synchronisierdrehmomentes, das die Federn 66 von 32f, 32g auf die Nockenflächen 20e, 20f übertragen können und somit das maximale Maß der zusätzlichen Axialkraft, die an den Nockenflächen 20e, 20f erzeugt werden kann. Die zusätzliche Axialkraft wirkt auf die Konuskupplungen über einen Kraftweg ein, zudem das Teil 62, das Klauenglied 60 zusammen mit den Flächen der radial verlaufenden Bohrungen 30c', die Sicherungsringe 34, die Scheibe 32 mit den Abstandsringen 70, die zwischen der Scheibe und den Sicherungsringen eingefügt sind, und die Sperrflächen gehören.
Die Federgehäuse können so gestaltet werden, dass die gekrümmten Flächen 61c, oder 64d an einer Fehlausrichtung auf den Nockenflächen 20e, 20f, 32f, 32g gehindert werden beispielsweise können die Enden 64a flache axial zeigende Stirnflächen zwischen den Distanzringen 70 aufweisen, wobei die Enden 62 gegen Verdrehen gegenüber den Enden 64 gesichert sind, oder aber die Flächen 62c, 64g und 20e, 20f, 32f und 32g können miteinander zusammenpassende konvexe/konkave Flächen in einer Ebene rechtwinklig zu der Bewegungslinie tragen.
Um den Gegenstand der Erfindung zu erläutern, wurde eine Synchronisieranordnung der Bauart mit Zapfen mit einem anderen altenativen Ausführungsbeispiel erläutert.

Claims

1. Synchronisiereinrichtung (18) zum reibschlüssigen Synchronisieren und formschlüssigen Kuppeln miteinander eines ersten Antriebs mit einem zweiten Antrieb (12, 14), die bezüglich einer gemeinsamen Achse (12a) drehbar sind, wobei zu der Synchronisiereinrichtung gehören:

erste Klauenmittel (30), die zum formschlüssigen Kuppeln der Antriebe (12, 14) in Abhängigkeit von einer Einrückbewegung der ersten Klauenmittel durch eine in axialer Richtung gerichtete Schaltkraft (Fo) in Eingriff mit den zweiten Klauenmitteln (26) axial bewegbar sind,

erste Reibmittel (36), die in Abhängigkeit von der Einrückbewegung der ersten Klauenmittel (30) durch die erste Schaltkraft FO mit den zweiten Reibmitteln (22) axial in Eingriff zu bewegen sind, um ein Synchronisationsdrehmoment (TO) zu erzeugen;

erste Sperrmittel (40c, 32h), die in Abhängigkeit von der Einrückbewegung der ersten Klauenmittel (30) miteinander in Eingriff bringbar sind, um ein asynchrones Einkuppeln zwischen den ersten und den zweiten Klauenmitteln (30, 26) zu verhindern und um die erste Schaltkraft (FO) auf die ersten Reibmittel (36) zu übertragen, um eine Einrückkraft auf die ersten und die zweiten Reibmittel (36, 22) auszuüben;

erste Servokraft erzeugenden Mittel (32f, 20e), die dazu dienen, im Eingriffszustand auf das Synchronisationsdrehmoment anzusprechen, um eine erste zusätzliche Axialkraft (Fa) in Richtung der ersten Schaltkraft (Fo) zu erzeugen, um die Einrückkraft zwischen den ersten und den zweiten Reibmitteln zu erhöhen;

Kraftbegrenzungsmitteln (60, 30c, 32e), um die Kraft der zusätzlichen Axialkraft Fa zu begrenzen, dadurch gekennzeichnet,

dass die kraftbegrenzenden Mittel (60, 30c, 32e) nachgiebige Mittel (60) aufweisen, die so angeordnet sind, dass sie das Synchronisationsdrehmoment zwischen einem ersten Glied (32) und dem ersten Antrieb (12) radial übertragen.

2. Synchronisiereinrichtung (18) nach Anspruch 1, zu der außerdem gehören:

ein dritter Antrieb (16), der bezüglich der Achse (12a) des ersten Antriebs (12) drehbar gelagert ist;

wobei die ersten Klauenmittel (30), die zum formschlüssigen Kuppeln des ersten mit dem dritten Antrieb (12, 16) in Abhängigkeit von einer Einrückbewegung der ersten Klauenmittel durch eine zweite in axialer Richtung gerichteter Schaltkraft F0 in Eingriff mit den dritten Klauenmitteln (18) axial bewegbar sind;

dritte Reibmittel (38), die in Abhängigkeit von der Einrückbewegung der ersten Klauenmittel (30), durch die zweite Schaltkraft (F&sub0;) mit vierten Reibmitteln (24) in Eingriff bringbar sind, um ein Synchronisationsdrehmoment (T&sub0;) zu erzeugen;

zweite Sperrmitteln (40d, 32h), die in Abhängigkeit von der Einrückbewegung der ersten Klauenmitteln (30) einzurücken sind, um ein asynchrones Einkuppeln zwischen den ersten und den dritten Klauenmitteln (30, 28) zu verhindern und um die zweite Schaltkraft (F&sub0;) auf die dritten Reibmittel (38) zu übertragen, um eine Einrückkraft für die dritten und vierten Reibmittel (38, 24) zu bewirken;

zweite Servokraft erzeugende Mittel (32f, 20f), die dazu dienen, im eingerückten Zustand auf das Synchronisationsdrehmoment anzusprechen, um eine zweite zusätzliche Axialkraft (Fa), in Richtung der zweiten Schaltkraft (F&sub0;) zu erzeugen, um die Einrückkraft für die ersten und zweiten Reibmittel zu erhöhen; und

die kraftbegrenzenden Mittel (60, 30c, 32e), um die Kraft der zweiten zusätzlichen Axialkraft zu begrenzen.

3. Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 1 bis 2 wobei:

das erste Glied (32) ein radial sich erstreckender Flansch (32) ist, der konzentrisch zu der Achse (12a) und der durch die erste Schaltkraft axial bewegbar ist, wobei der Flansch den ersten Nocken (32f) aufweist,

Sicherungsmittel (34) vorgesehen sind, die den Flansch bezüglich der axialen Bewegung mit den ersten Klauenmittel (30) festlegen,

die ersten Sperrmittel (40c, 32h) erste und zweite Sperrflächen (40c 32h) aufweisen, wobei die erste Sperrfläche (40c), durch ein zapfenähnliches Teil (40) gebildet ist, das in axialer Richtung starr von den ersten Reibmitteln (36) axial absteht und in eine Öffnung (32c) in dem Flansch (32) hineinragt, und die zweite Sperrfläche (32h) um die Öffnung (32c) herum ausgebildet ist, und

die ersten Klauenmittel (30) eine in radialer Richtung sich erstreckende Öffnung (30c') enthalten, wobei die nachgiebigen Mittel (60) in der Öffnung (30') und zwischen den ersten und den zweiten Nocken (32f, 30e) angeordnet sind.

4. Synchronisiereinrichtungen (18), nach den Ansprüchen 1-3, wobei das erste Teil (32) gegenüber dem ersten Antrieb (12) in Abhängigkeit von dem Synchronisationsdrehmoment begrenzt drehbar gelagert ist,

die kraftbegrenzenden Mittel (60, 30c, 32e) Anschlagmittel (32e, 30d) aufweisen, um eine Relativdrehung zwischen dem ersten Teil und dem ersten Antrieb (12) zu begrenzen, um das durch die nachgiebigen Mittel (60) in radialer Richtung übertragene Drehmoment und um das Synchronisationsdrehmoment, das durch die Servokraft erzeugenden Mittel (32f, 30e) hervorgerufen ist, zu begrenzen.

5. Synchronisiereinrichtung (18) nach Anspruch 4, wobei die Anschlagmittel (33e, 30d) erste bzw. zweite Anschläge (32e, 30d) aufweisen, die bezüglich einer Relativdrehung gegenüber dem ersten Teil (32) und dem ersten Antrieb (12) gesichert sind und die in Abhängigkeit von einem vorbestimmten Maß einer Relativdrehung zwischen dem ersten Teil und dem ersten Antrieb miteinander in Eingriff kommen.

6. Synchronisiereinrichtung (18) nach den Ansprüchen 1-5, wobei die Servokraft erzeugenden Mittel (32f, 20e) einen ersten und einen zweiten Nocken (32f, 20e) umfassen, die jeweils an dem ersten Teil (32) wie dem ersten Antrieb (12) befestigt sind und

wobei die nachgiebigen Mittel (60) in radialer Richtung zwischen den Nocken angeordnet sind, um zwischen dem ersten und dem zweiten Nocken das Synchronisationsdrehmoment in radialer Richtung zu übertragen.

7. Synchronisiereinrichtung (18) nach Anspruch 6, wobei das nachgiebige Mittel (60) von einer Feder (66) gebildet ist, die in einer in radialer Richtung sich erstreckenden Öffnung (30c') in den ersten Klauenmitteln (30) angeordnet ist.

8. Synchronisiereinrichtung (18) nach Anspruch 6, wobei das nachgiebige Mittel eine Federkapsel ist, die in der radial sich erstreckenden Öffnung angeordnet ist und zu der Federkapsel ein erstes und ein zweites Ende (62a, 64a) gehören, die durch die Feder (66) in radial einander gegenüberliegende Richtungen vorgespannt sind, wobei das erste bzw. das zweite Ende eine erste bzw. zweite Nockenfolgefläche (64d, 62c) bildet, die gegen den ersten bzw. zweiten Nocken (32f, 20e) wirken.