DE69802156T2 - Synchronisiereinrichtung - Google Patents

Description

Gebiet der Erfindung
• Die Erfindung betrifft eine Getriebesynchronisieranordnung.
Hintergrund zu der Erfindung
• Es ist bekannt, dass Synchronisieranordnungen in mehrgängigen Geschwindigkeitswechselgetrieben verwendet werden können, um bei einigen oder bei sämtlichen Getriebegängen den Schaltvorgang zu unterstützen. Ebenso ist bekannt, dass sich mit Synchronisieranordnungen, die mit Servokraft erzeugenden Mitteln arbeiten, der zum Schalten nötige Kraftaufwand und/oder die dafür erforderliche Zeit verringern lässt. Da im Allgemeinen der Kraftaufwand des Fahrzeugführers für das Schalten mit der Größe des Fahrzeugs zunimmt, sind Synchronisieranordnungen, die mit Servokraft arbeiten, für Schwerlastfahrzeuge und/oder für Getriebe, bei denen eine Verringerung des Zeit- und/oder Kraftaufwandes des Schaltens angestrebt wird, von besonderer Bedeutung. Beispiele von Synchronisieranordnungen nach dem Stand der Technik, die für die hierin beschriebene Synchronisieranordnung relevant sind, lassen sich den US-Patentanmeldungen US-A-5 078 245; 5 092 439; der Japanischen Patentveröffentlichung (Kokoku) 45-27483; und der DE-B-1 098 824 entnehmen.
Kurzbeschreibung der Erfindung
• Es ist eine Aufgabe der Erfindung eine Synchronisieranordnung zu schaffen, die über verbesserte Servokraft erzeugende Mittel verfügt.
• Eine Synchronisieranordnung, wie sie in der DE-D-1 078 824 beschrieben ist und den Stand der Technik wiedergibt, auf den sich der Oberbegriff nach Anspruch 1 bezieht, umfasst erfindungsgemäß eine Synchronisieranordnung, die dazu dient, einen ersten oder einen zweiten Antrieb, die jeweils bezüglich einer gemeinsamen Achse drehbar gelagert sind, reibschlüssig zu synchronisieren und formschlüssig aneinander zu kuppeln. Die Synchronisieranordnung enthält erste Klauenmittel, die axial mit zweiten Klauenmitteln in Eingriff zu bringen sind, um die Antriebe in Abhängigkeit von einer mittels einer axial gerichteten Schaltkraft (F&sub0;) bewirkten Einrückbewegung der ersten Klauenmittel formschlüssig anzukuppeln. Die Klauenmittel sind bezüglich des ersten Antriebs in axialer Richtung beweglich und drehfest angebracht. Erste Reibelemente lassen sich in axialer Richtung reibschlüssig in Eingriff mit zweiten Reibelementen bringen, um in Abhängigkeit von der Einrückbewegung ein Synchronisationsdrehmoment zu erzeugen. Sperrmittel sind in Abhängigkeit von der Einrückbewegung der ersten Klauenelemente miteinander in Eingriff bringbar, um ein asynchrones Einrücken der Klauenelemente zu verhindern und um die Schaltkraft (F&sub0;) auf die ersten Reibmittel zu übertragen, um eine Einrückkraft auf die Reibmittel auszuüben. Servokraft erzeugende Mittel dienen dazu, auf das Synchronisationsdrehmoment anzusprechen und eine zusätzliche Axialkraft (Fa) in Richtung der Schaltkraft (F&sub0;) zu erzeugen, um die Eingriffskraft der Reibmittel zu erhöhen.
• Zu den Servokraft erzeugenden Mitteln gehört ein Verbindungselement, das mit einem begrenzten Radialspiel bezüglich der Achse angebracht ist. Ein erstes Element ist für eine begrenzte, in Abhängigkeit von dem synchronisierenden Drehmoment stattfindende Drehbewegung bezüglich des ersten Antriebs gelagert, um in Abhängigkeit von der begrenzten Drehbewegung eine radiale Bewegung des Verbindungselements hervorzurufen. Ein zweites Element erzeugt die zusätzliche Axialkraft (Fa) in Richtung der Schaltkraft (F&sub0;) in Abhängigkeit von der radialen Bewegung des Verbindungselements.
• Erfindungsgemäß ist die Verbesserung dadurch gekennzeichnet, dass die Axialkraft (Fa) durch die ersten Klauenglieder auf das erste Reibmittel über einen Kraftweg übertragen wird, der das zweite Element, das Verbindungselement und die ersten Klauenglieder einbezieht.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
• Die erfindungsgemäße Synchronisieranordnung wird in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht:
• Fig. 1 zeigt eine nach zwei Seiten wirkende Synchronisieranordnung in einer Leerlaufstellung, geschnitten längs der Schnittlinie 1-1 in Fig. 2;
• Fig. 2 veranschaulicht die Synchronisieranordnung nach Fig. 1, geschnitten längs der Schnittlinie 2-2 in Fig. 1;
• Fig. 3A und 3B zeigen zwei vergrößerte Ansichten einer in den Fig. 1 bzw. 2 gezeigten Komponente, aus einer zu einer Achse der Welle senkrechten bzw. parallelen Sicht;
• Fig. 4 zeigt ein Diagramm der axialen Kräfte und Drehmomente, die auf eine Schaltscheibe der Synchronisieranordnung wirken; und
• Fig. 5 und 6 veranschaulichen abgewandelte Ausführungsbeispiele der in den Fig. 1 und 2 gezeigten, Servokraft erzeugenden Komponenten.
• Die Zeichnungen sind durch Weglassen der Hintergrundlinien der darin dargestellten Komponenten vereinfacht.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
• Die hierin verwendete Bezeichnung "Synchronisieranordnung" bezeichnet eine Kupplungsanordnung, die dazu dient, um ein gewähltes Getriebezahnrad mittels einer formschlüssigen Kupplung drehfest an eine Welle zu kuppeln, wobei ein beabsichtigtes Einrücken der formschlüssigen Kupplung solange verhindert wird, bis die Elemente der formschlüssigen Kupplung durch eine der formschlüssigen Kupplung zugeordnete, synchronisierende Reibkupplung in eine im Wesentlichen synchrone Drehung versetzt sind. Die Bezeichnung "Servokraft" bezieht sich auf eine Synchronisationskupplungsanordnung, die Rampen, Kulissen o. Ä. aufweist, um die Einrückkraft der Synchronisationskupplung im Verhältnis zum Synchronisationsdrehmoment der Reibkupplung zu verstärken.
• Es wird im Folgenden auf die Fig. 1, 2, 3A und 3B eingegangen, in denen eine Zahnrad- und Synchronisieranordnung 10 dargestellt ist, zu der eine in einem Getriebe um eine Achse 12a drehbar gelagerte Welle 12, axial voneinander beabstandete Antriebe oder Zahnräder 14, 18 und eine nach zwei Seiten wirkende Synchronisieranordnung 18 gehören.
• Zu der Welle 12 gehören zylindrische Flächen 12b, 12c, auf denen die Zahnräder durch Lager 19 drehbar gelagert sind, und ein ringförmiges Element 20, das einen äußeren Umfang aufweist, dessen Durchmesser größer ist als der Durchmesser der zylindrischen Flächen. Das ringförmige Element weist eine axiale Ausdehnung auf, durch die die Zahnräder voneinander getrennt gehalten werden, indem axial gegenüberliegende Schultern 20a, 20b eine axiale Bewegung der Zahnräder aufeinander zu begrenzen. Eine axiale Begrenzung der Bewegung der Zahnräder voneinander weg wird auf eine beliebige der verschiedenen, bekannten Weisen erreicht. Das ringförmige Element kann aus einer Büchse hergestellt sein, die auf der Welle befestigt ist, oder, wie hier, einstückig mit der Welle geformt sein. Zu dem äußeren Umfang des ringförmigen Elementes gehören darin ausgebildete, äußere Verzahnungszähne 20c und drei Ausnehmungen 20d, die die gleiche axiale Abmessung aufweisen, wie die axiale Abmessung des ringförmigen Elementes und der Servokraft erzeugenden Rampen 20e, 20f, die nachstehend näher erläutert werden. Jede Ausnehmung kann durch Entfernen eines Teils oder eines gesamten Verzahnunszahns 20c erzeugt werden.
• Zu der Synchronisieranordnung 18 gehören Reibringe 22, 24 und Klauenmittel 26, 28, die einstückig mit Zahnrädern 14, 16 ausgebildet sind, ein axial verschiebliches Klauenglied 30, das Innenverzahnungszähne 30a aufweist, die verschieblich mit in dem äußeren Umfang des ringförmigen Elementes 20 ausgebildeten Außenverzahnungszähnen 20c in Eingriff stehen, eine radial sich erstreckende Schaltscheibe 32, die axial einander gegenüberstehende Stirnflächen 32a, 32b aufweist, die sich zwischen axial gegenüberliegende Flächen von Haltegliedern 34 einfügen, die in Ringnuten 30b in Klauenglied 30 angeordnet sind, ringförmige Reibringe 36, 38, die über drei in Umfangsrichtung voneinander beabstandete Zapfen 40 starr aneinander befestigt sind, die sich axial von jedem der Reibelemente weg und durch in der Scheibe befindliche Öffnungen 32c hindurch erstrecken, und drei Servokraft erzeugende Anordnungen 42, die in entlasteter Stellung in Fig. 1 dargestellt sind. In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 und 2 ist eine axiale Bewegung zwischen dem Klauenelement 30 und der Scheibe 32 durch Halteelemente 34 verhindert, während eine relative Drehbewegung zwischen diesen möglich ist.
• Die Reibringe weisen konische Reibflächen 22a, 36a und 24a, 38a auf, die in Eingriff gelangen, um reibschlüssig vor dem Einrücken der Klauenmittel einen synchronen Lauf der Zahnräder gegenüber der Welle zu bewirken. Ein weiter Bereich von Konuswinkeln kann verwendet werden; im Falle des hier beschriebenen Beispiels können die Konuswinkel siebeneinhalb Grad betragen. Die Reibflächen 36a, 38a und/oder 24a, 26a können mittels eines beliebigen der verschiedenen, bekannten Reibmaterialien durch Verbinden mit dem Grundelement gebildet werden; hier werden Reibmaterialien aus pyrolytischem Kohlenstoff vorgezogen, wie sie in den US Patenten 4 700 823; 4 844 218; und 4 778 548 geoffenbart sind.
• Die Zapfen 40 umfassen Abschnitte 40a mit größeren Durchmessern, der etwas geringer ist, als der Durchmesser der Flanschöffnung 32c, einen Abschnitt mit verringertem Durchmesser oder eine Rille 40b, die zwischen Reibringen 36, 38 (hier mittig) beabstandet ist, und konische Sperrschultern oder Sperrflächen 40c, 40d, die sich von der Zapfenachse unter Winkeln relativ zu einer zu der Zapfenachse senkrechten Ebene radial von der Zapfenachse nach außen und axial voneinander weg erstrecken. Die mit Nuten versehenen Abschnitte ermöglichen während der Positionierung zwischen deren jeweiligen Flanschöffnungen eine begrenzte Drehbewegung der starren Reibring/Zapfen-Anordnung gegenüber dem Flansch, um den Eingriff der Sperrschultern der Zapfen mit den abgeschrägten Sperrschultern 32h zu bewirken, die um die Flanschöffnungen 32c ausgebildet sind. Die Zapfen sind an den Reibringen 36, 38 in einer beliebigen der bekannten Weisen befestigt.
• Die Bauart der Servokraft erzeugende Anordnungen 42 kann auf verschiedenen Konstruktionen basieren; hier beruht sie auf zweigeteilten Zapfen, wie sie in dem US Patent 5 339 936 im Einzelnen gezeigt und beschrieben sind. Jede der Servokraft erzeugenden Anordnungen erstreckt sich in axialer Richtung zwischen den Reibringen 36, 38 und ragt durch eine der Öffnungen 32d, die in der Schaltscheibe vorgesehen sind. Die Öffnungen 32d sind zwischen den Öffnungen 32c mit diesen abwechselnd angeordnet. Es sei noch erwähnt, dass jede der Servokraft erzeugenden Anordnungen zwei Schalen 44 mit Enden 44a und wenigstens zwei Blattfedern 46 aufweist, die zwischen den Schalen eingefügt sind und diese vorgespannt voneinander auf Abstand halten. Jedes Schalenpaar 44 weist einen größeren Durchmesser auf, der im zusammengedrückten Zustand kleiner ist als der Durchmesser der zugehörigen Öffnung 32d, und umfasst eine halbringförmige Nut 44b mit abgeschrägten Abschlussflächen 44c und den Stirnflächen 44a. Auf bekannte Weise sprechen die Enden 44a auf die Reibringe 36, 38 und die Abschrägungen 44c auf die Abschrägungen um die Öffnungen 32d in der Scheibe 32 in Abhängigkeit von der anfänglichen Einrückbewegung der Scheibe 32 an, wodurch eine anfängliche Einrückbewegung der Reibkupplungen und ein anfängliches Drehmoment hervorgerufen werden, um die Zapfen 40 bezüglich der Scheibe 32 zu verschieben und die Sperrschultern für den Eingriff zu positionieren.
• Wie oben erwähnt, gehören zu dem Klauenelement 30 Innenverzahnungszähne 30a, die verschieblich mit den äußeren Verzahnungszähnen 20c des Elements 20, das mit der Welle fest verbunden ist, in Eingriff stehen. Die äußeren Verzahnungszähne weisen Flankenflächen auf, die sich parallel zu der Achse der Welle erstrecken, und deren Eingreifen mit den Flankenflächen der Verzahnungszähne des Klauenelementes verhindert eine relative Drehbewegung zwischen diesen. Zu dem Klauenelement 30 gehören ferner drei sich in radialer Richtung nach außen erstreckende Öffnungen 34c, durch die sich je ein Servokraft erzeugendes Verbindungselement 48 verschieblich hindurch erstreckt, und drei Nasen 30d auf dessen äußerem Umfang, die radial nach außen in Ausnehmungen 32e in dem inneren Umfang der Scheibe 32 ragen. Die Nasen und Ausnehmungen definieren Haltepunkte, die zur Beschränkung der relativen Drehbewegung zwischen der Scheibe 32 und dem Klauenelement 30 dienen, das drehfest an der Welle 12 befestigt ist. Die Verbindungselemente 48 sind in sämtlichen Figuren im Relief dargestellt. Die Breite einer jeden Ausnehmung in Umfangsrichtung ist größer als die Breite der darin befindlichen Nase in Umfangsrichtung, um eine beschränkte relative Drehbewegung zwischen der Scheibe 32 und dem Klauenelement 30 zu ermöglichen, durch die die Betätigung der Servokraft erzeugenden Vorrichtung hervorgerufen wird.
• Die Scheibe 32 weist ferner auf ihrer innenliegenden Umfangsfläche drei Paare von Nockenflächen 32f, 32g auf, die dazu dienen, die Verbindungselemente 48 entweder mittels der Nockenfläche 20e oder mittels der Nockenfläche 20f radial nach innen zu bewegen, um auf das synchronisierende Drehmoment zwischen den Konuskupplungen und der Welle anzusprechen, und so eine zusätzliche axiale Servokraft zu erzeugen, um die anfänglich durch eine Schaltkraft auf die Scheibe 32 ausgeübte Einrückkraft der Konuskupplungen zu erhöhen, und dadurch das durch die Konuskupplungen zur Verfügung gestellte, synchronisierende Drehmoment zu erhöhen. Die Rampen- oder Nockenmitnehmerflächen 48a, 48b auf dem Verbindungselement 48 sprechen jeweils auf die Nockenflächen 20f, 20e an, um in Abhängigkeit von der relativen Drehbewegung der Scheibe die zusätzliche Axialkraft für die Erhöhung des synchronisierenden Drehmoments der Zahnräder 16 bzw. 14 für einen Schaltvorgang nach oben oder nach unten zur Verfügung zu stellen, bzw. die Nockenflächen 32f, 32g mit einer zylindrischen Rampe oder Nockenmitnehmerfläche 48c des Verbindungselements 48 in Eingriff zu bringen. Wie hier gezeigt, bewirken die Nockenflächen eine Verstärkung der synchronisierenden Kraft für beide Zahnräder und steigern damit die synchronisierende Kraft sowohl für Hochschaltvorgänge als auch für das Schalten in einen niedrigeren Gang. Die Nockenflächen 20e, 20f können dergestalt ausgebildet sein, dass auf jeder ihrer Oberflächen eine erste imaginäre Linie in einer zu der Wellenachse 12a parallelen, imaginären Ebene verläuft und eine zweite imaginäre Linie auf jeder ihrer Oberflächen sowohl mit der ersten imaginären Linie als auch mit der zu der Achse parallelen, imaginären Ebene einen rechten Winkel bildet. Die Nockenmitnehmerflächen 48a, 48b können entsprechend denselben Regeln wie die Nockenflächen 20e, 20f ausgebildet sein. Die Nockenflächen 32f, 32g können dergestalt ausgebildet sein, dass auf ihrer Oberfläche eine erste imaginäre Linie in einer zu der Wellenachse 12a senkrechten, imaginären Ebene verläuft und eine zweite imaginäre Linie auf deren Oberfläche sowohl mit der ersten imaginären Linie als auch mit der zu der Achse senkrechten, imaginären Ebene einen rechten Winkel bildet. Die Nockenmitnehmerfläche 48c kann entsprechend denselben Regeln wie die Nockenflächen 32f, 32g ausgebildet sein. Die erste imaginäre Linie auf einigen oder sämtlichen Nockenflächen kann, wie nachstehend am Beispiel der auf dem Element 20 von Fig. 6 befindlichen Nockenflächen 20e', 20f' veranschaulicht, gekrümmt sein.
• Während sich die Scheibe 32 in der in Fig. 1 gezeigten, neutralen Position befindet, fluchten die mit geringeren Durchmessern ausgestatteten Abschnitte 40b der Zapfen 40 mit den Scheibenöffnungen 32c, die Reibflächen der Konuskupplungen sind geringfügig voneinander beabstandet und werden in einer beabstandeten Position durch die abgeschrägten oder abgewinkelten Servokraft erzeugenden Flächen 44c der Servokrafterzeuger 42 gehalten, die über die Federkraft der Federn 46 auf die abgeschrägten, Servokraft erzeugenden Flächen 32f um die Öffnungen 32d der Scheibe ansprechen, und die Verbindungselemente 48 sind fluchtend angeordnet, um mit axial sich erstreckenden, ebenen Flächen 20g zwischen den Nocken 20e, 20f in Berührung zu stehen. Die ebenen Flächen 20g und die durch die Vorkraft erzeugenden Flächen zur Verfügung stehende Axialkraft verhindern aufgrund der Viskosescherkraft des Öls zwischen den Konuskupplungsflächen einen sich selbst verstärkenden, ungewollten Eingriff der Synchronisieranordnung. Wenn eines der Zahnräder an die Welle gekuppelt werden soll, bewegt ein geeigneter, nicht gezeigter Schaltmechanismus, wie er beispielsweise in dem US Patent 4 920 815 offenbart ist und der weiter außen an der Scheibe 32 in bekannter Weise angebracht ist, die Scheibe koaxial zur Achse der Welle 12 entweder nach links, um das Zahnrad 14 anzukuppeln, oder nach rechts, um das Zahnrad 16 anzukuppeln. Die Bewegung der Schalteinrichtung kann über ein Gestänge von Hand durch einen Fahrzeugführer, gezielt über einen Aktuator oder durch Mittel erfolgen, die automatisch eine Bewegung der Schalteinrichtung auslösen und auch die Stärke der von der Schalteinrichtung ausgeübten Kraft steuern. Wenn die Schalteinrichtung von Hand bewegt wird, ist die Kraft proportional zu der vom Fahrzeugführer auf einen Schalthebel ausgeübten Kraft. Sowohl bei manueller als auch bei automatischer Betätigung wird die Kraft auf die Scheibe 32 in axialer Richtung ausgeübt, wie durch die Länge des Pfeils F&sub0; in Fig. 4 angedeutet.
• Eine anfängliche axiale Bewegung der Scheibe 32 nach rechts durch die Schaltkraft des Fahrzeugführers wird auf die Servokraft erzeugenden abgeschrägten Flächen 44c übertragen, um einen anfänglichen, reibschlüssigen Eingriff der Konusfläche 3% mit der Konusfläche 24a zu bewirken. Die initiale Eingriffskraft auf die Konusflächen ist selbstverständlich eine Funktion der Federkraft der Federn 46 und der. Winkel der Servokraft erzeugenden Flächen. Der initiale Eingriff durch Reibung erzeugt (unter der Annahme einer asynchronen Bedingung und bei vorübergehender Vernachlässigung des Effektes der Servokraft erzeugenden Rampen) eine initiale Einrückkraft für die Konuskupplung und ein synchronisierendes Moment, das für eine begrenzte relative Drehung zwischen der Scheibe 32 und dem im Eingriff befindlichen Reibring, und damit für eine Bewegung der Zapfenabschnitte 40b mit verringertem Durchmesser zu den entsprechenden Seiten der Scheibenöffnungen 32c hin sorgt, um einen Eingriff der Sperrschultern 40d des Zapfens mit den um die Öffnungen 32c angeordneten Sperrschultern 32h der Scheibe herbeizuführen. Wenn die Sperrschultern eingerückt sind, wird die gesamte, vom Fahrzeugführer auf die Scheibe 32 ausgeübte Schaltkraft % über die Sperrschultern auf den Reibring 38 übertragen, wodurch die Konuskupplung durch den vollen Kraftanteil der von dem Fahrzeugführer aufgebrachten Schaltkraft F&sub0; eingerückt wird, um ein davon abhängiges von dem Fahrzeugführer herrührendes Synchronisationsdrehmoment T&sub0; hervorzurufen. Dieses, vom Fahrzeugführer aufgebrachte synchronisierende Moment T&sub0; ist durch den Pfeil T&sub0; in Fig. 4 bezeichnet. Da die Sperrschultern bezüglich der axialen Richtung der Schaltkraft F&sub0; des Fahrzeugführers unter Winkeln angeordnet sind, rufen sie eine Gegenkraft oder ein entsperrendes Drehmoment hervor, das dem von der Konuskupplung herrührenden Synchronisationsdrehmoment entgegenwirkt, aber während asynchroner Bedingungen in der Größe geringer ausfällt. Sobald sich die Synchronisation im Wesentlichen einstellt, fällt der Wert des Synchronisationsdrehmoments unter denjenigen des entsperrenden Drehmomentes, wodurch die Sperrschultern die Zapfen 40 in eine konzentrische Lage zu den Öffnungen 32c bringen, um ein axiales Weiterrücken der Scheibe und den Eingriff der äußeren Innenverzahnungs- /Klauenzähne 30a des Klauenelements 30 mit Außenverzahnungs-/Klauenzähnen des Klauenelementes 28 des Zahnrads 16 zu ermöglichen. Die Verzahnungs-/Klauenzähne können, wie in den US Patenten 3 265 173 und 4 246 993 gezeigt, gestaltet sein.
• Bei weiterer Vernachlässigung der Einflüsse der Servokraft erzeugenden Rampen ergibt sich das Konuskupplungsdrehmoment
• T&sub0; = F&sub0; Rc uc/sin α, (1)
• das durch die Kraft F&sub0; erzeugte wird, aus der Gleichung (1) mit
• Rc = mittlerer Radius der konischen Reibfläche,
• uc = Reibungskoeffizient der konischen Reibfläche, und
• α = der Winkel der konischen Reibflächen.
• Während nun näher auf die Wirkungen der Servokraft erzeugenden. Kulissen eingegangen wird, zeigt sich, dass das synchronisierende Moment T&sub0;, das von der von dem Fahrzeuglenker ausgeübten axialen Schaltkraft F&sub0; herrührt, selbstverständlich durch die Zapfen 40 auf die Scheibe 32 übertragen wird und mittels der Verbindungselemente 48 über die Servokraft erzeugenden Nockenflächen auf die Welle 12 wirkt. Im Eingriff rufen die Servokraft erzeugenden Rampenflächen eine axiale additive Kraft Fa hervor, die in derselben Richtung wie die Schaltkraft F&sub0; auf den Scheibe wirkt. Die additive Axialkraft Fa wird durch die Sperrflächen auf die im Eingriff befindlichen Reibflächen übertragen, und zwar über einen Kraftweg, der das axial auf die Klauenkupplungsöffnung 30c ansprechende Verbindungselement 48, den Stützring 34, und die Scheibe 32 einschließt. Die Kräfte F&sub0; und Fa werden parallel auf die Schaltscheibe 32 ausgeübt und addieren sich zu einer Gesamtkraft Ft, wodurch die Einrückkraft der Konuskupplung erhöht wird, um ein zusätzliches Synchronisationsdrehmoment Ta zu erzeugen, das sich mit dem Drehmoment T&sub0; zu einem Gesamtdrehmoment Tt addiert. Die Summe der axialen Kräfte für das Einrücken der Konuskupplung ist F&sub0; plus Fa, und die Summe der durch die Konuskupplung hervorgerufenen synchronisierenden Momente ergibt sich aus T&sub0; plus Ta, wie dies in Fig. 4 grafisch dargestellt ist. Für eine gegebene Fahrzeugführerschaltkraft F&sub0; und ein vom Fahrzeugführer herrührendes Synchronisationsdrehmoment T&sub0; bestimmt sich die additive Kraft vorzugsweise in Abhängigkeit von den Winkeln der eingerückten, Servokraft erzeugenden Rampenflächen. Diese Winkel werden bevorzugt hinreichend groß gewählt, um eine additive Kraft Fa von ausreichender Größe hervorzurufen, um das Synchronisationsdrehmoment merklich zu erhöhen und die Dauer, die für die Synchronisation in Abhängigkeit von einer vorgegebenen, mäßigen Schaltkraftanstrengung seitens des Fahrzeugführers erforderlich ist, zu reduzieren. Jedoch sind diese Winkel vorzugsweise auch ausreichend klein, um eine gesteuerte axiale additive Kraft Fa hervorzurufen, d.h. die Kraft Fa sollte bevorzugt in Abhängigkeit von dem Anwachsen oder der Verringerung der Kraft F&sub0; ansteigen oder sich verringern. Falls die Rampenwinkel zu groß sind, hat dies eher ein Selbstblockieren als eine Erzeugung von Servokraft durch die Rampen zur Folge; damit würde nach einem initialen Einrücken der Konuskupplung die Kraft Fa unabhängig von der Kraft F&sub0; schlagartig und unkontrolliert ansteigen und die Konuskupplung zwangsläufig blockieren lassen. Im Gegensatz zur Servokrafterzeugung ist ein Selbstblockieren für Schaltkomfort und Schaltgefühl unzuträglich, es kann die Bauteile der Synchronisationseinrichtung überlasten und eine Überhitzung und raschen Verschleiß der Konuskupplungsflächen hervorrufen.
• Die hauptsächlichen Variablen und Gleichungen für die Berechnung der Winkel der Servokraft erzeugenden Rampen lassen sich aus dem vorstehend erwähnten US Patent 5 092 439 entnehmen.
• Fig. 5 veranschaulicht einen Abschnitt der Synchronisieranordnung, der abgewandelt ist, um den maximal durch die Nockenflächen hervorgerufenen Wert der zusätzlichen Axialkraft Fa federnd zu beschränken. Die Abwandlung des Abschnitts schließt ein, dass das Klauenelement 30 mit in axialer Richtung breiteren Rillen 30b' versehen ist und zwischen den Halteelementen 34 und den Seiten 32a, 32b der Scheibe 32 ein nachgiebiges Element, z.B. eine wellenförmige Feder 50, angeordnet ist. Wenn die Nockenflächen 20e, 20f, wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt, gerade sind, erlauben die wellenförmigen Federn eine ausreichende axiale Bewegung des Klauenelements 30 und der Verbindungselemente 48, um den Rampen 48a, 48b eine Bewegung hin zu einer an dem Schnittpunkt der Nocken 20e, 20f mit den ebenen Flächen 20h, 20i vorhandenen Stellung eines Kräftegleichgewichts zu ermöglichen. In dieser Stellung wird die maximale zusätzliche Axialkraft Fa auf die durch die Feder in der Gleichgewichtsstellung übertragbare Kraft beschränkt, da jede weitere Bewegung der Rampen 48a, 48b hin zu den ebenen Flächen zu keiner zusätzlichen Axialkraft führt.
• Fig. 6 veranschaulicht eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels in Fig. 5, bei dem das Element 20 mit gekrümmten Nockenflächen 20e', 20f' anstelle der ebenen Nocken 20e, 20f ausgebildet ist. Die gekrümmten Nocken weisen in Bezug auf die Wellenachse 12a sich progressiv verringernde Winkel auf und stellen daher bezogen auf die durch das Verbindungselement 48 auf die Nocken ausgeübte Kraft eine progressiv abnehmende zusätzliche Axialkraft zur Verfügung. Dieses Ausführungsbeispiel ermöglicht es, die Anfangswinkel der gekrümmten Nocken größer zu bemessen und dadurch höhere anfängliche zusätzliche Axialkräfte zur Verfügung zu stellen, die sich in dem Maße verringern, wie sich die Rampen 48a, 48b längs der gekrümmten Oberflächen weiter bewegen, und sorgt auch für eine Verringerung der zusätzlichen Axialkräfte, in dem Maße wie die Verformung der Federn nachlässt. Das Verbindungselement 48' in Fig. 6 ist mit gekrümmten Nocken-/Rampenflächen 48a', 48b' anstelle der ebenen Nocken-/Rampenflächen 48a, 48b des Verbindungselements 48 in den Fig. 3A, 3B versehen. Der Krümmungsradius der gekrümmten Nockenflächen 48a', 48b' ist geringer als der Radius der Nockenflächen 20e, 20f oder 20e', 20f' und ermöglicht daher für einige unterschiedlich Winkel 20e', 20f' oder 20e, 20f der gekrümmten Nockenflächen die Verwendung des gleichen Verbindungselements. Der Krümmungsradius der Nockenflächen 20e, 20f ist selbstverständlich unendlich.
• Damit ist anhand von alternativen Ausführungsbeispielen eine Synchronisieranordnung in der Bauart mit Zapfen offenbart, um die Idee der Erfindung zu verdeutlichen.

Claims (12)

1. Synchronisieranordnung (18), die dazu dient, erste und zweite Antriebe (12, 14), die jeweils bezüglich einer gemeinsamen Achse (12a) drehbar gelagert sind, reibschlüssig zu synchronisieren und formschlüssig miteinander zu kuppeln, wobei zu der Anordnung 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 (F&sub0;) in den Eingriff mit zweiten Klauenmitteln (26) axial bewegbar sind;

Kupplungsmittel (20c; 30a), die die ersten Klauenmittel drehfest und axial beweglich mit dem ersten Antrieb (12) verbinden;

erste Reibmittel (36), die in Abhängigkeit von der Einrückbewegung der ersten Klauenmittel (30) mit zweiten Reibmitteln (22) axial in Eingriff zu bewegen sind, um ein Synchronisationsmoment (T&sub0;) zu erzeugen;

Sperrmittel (40c, 32h), die in Abhängigkeit von der Einrückbewegung der ersten Klauenmittel (30) miteinander in Eingriff bringbar sind, um ein asynchrones Einrücken der Klauenmittel (30, 26) zu verhindern und die Schaltkraft (F&sub0;) auf die ersten Reibmittel (36) zu übertragen, um eine Einrückkraft auf die Reibmittel (36, 22) auszuüben;

Servokraft erzeugende Mittel (20e, 48, 32f), die dazu dienen, auf das Synchronisationsdrehmoment anzusprechen und eine zusätzliche Axialkraft (Fa) in Richtung der Schaltkraft (F&sub0;) zu erzeugen, um die Eingriffskraft der Reibmittel zu erhöhen;

wobei zu den Servokraft erzeugenden Mitteln (20e, 48, 32f) gehören: ein Verbindungselement (48), das in Bezug auf die Achse (12a) im Sinne einer begrenzten radialen Bewegung gelagert ist, ein erstes Element (32), das in Bezug auf den ersten Antrieb (12) im Sinne einer begrenzten Drehbewegung in Abhängigkeit von dem synchronisierenden Drehmoment gelagert ist, um in Abhängigkeit von der begrenzten Drehbewegung eine radiale Bewegung des Verbindungselements (48) zu bewirken, und ein zweites Element (20), um die zusätzliche Axialkraft (Fa) in Richtung der Schaltkraft (F&sub0;) in Abhängigkeit von der radialen Bewegung des Verbindungselements (48) zu erzeugen;

dadurch gekennzeichnet, dass

die zusätzliche Axialkraft (Fa) durch die ersten Klauenmittel auf die ersten Reibmittel (36) übertragen wird, und zwar über einen Kraftweg, der das zweite Element (20), das Verbindungselement (48) und die ersten Klauenglieder (30) einschließt.

2. Synchronisieranordnung nach Anspruch 1, zu der ferner Kraft begrenzende Mittel (50) gehören, um die Stärke der zusätzlichen Axialkraft (Fa) zu begrenzen.

3. Synchronisieranordnung nach Anspruch 2, bei der das Kraft begrenzende Mittel (50) zwischen den Sperrmitteln (40c) und dem Verbindungselement (48) angeordnete nachgiebige Mittel (50) aufweist, die geeignet sind, in Abhängigkeit von der ansteigenden zusätzlichen Axialkraft (Fa) nachzugeben, um die Stärke der zusätzlichen Axialkraft (Fa) zu begrenzen.

4. Synchronisieranordnung nach Anspruch 1 oder 3, bei der:

das erste Element (32) eine erste Nockenfläche (32f) aufweist, um die radiale Bewegung des Verbindungselements (48) hervorzurufen, die erste Nockenfläche (32f) in Abhängigkeit von der begrenzten Drehbewegung eine radial nach innen gerichtete Bewegung des Verbindungselements bewirkt, die erste Nockenfläche in der Art angeordnet ist, dass erste und zweite imaginäre Linien auf deren Oberfläche zueinander rechtwinkelig verlaufen und die ersten imaginären Linien zu einer auf der Achse (12a) senkrecht stehenden imaginären Ebene parallel verlaufen.

5. Synchronisieranordnung nach Anspruch 4, bei der die zweiten imaginären Linien parallel zu der Achse (12a) verlaufen.

6. Synchronisieranordnung nach Anspruch 4 oder 5, bei der das zweite Element (20) eine zweite Nockenfläche (20e) aufweist, um die zusätzliche Axialkraft (Fa) in Abhängigkeit von der radial nach innen gerichteten Bewegung des Verbindungselements (48) über dieses Verbindungselement auf die Reibmittel (36, 22) zu übertragen.

7. Synchronisieranordnung nach Anspruch 6, bei der die zweite Nockenfläche (20e) des zweiten Elements in der Weise angeordnet ist, dass erste und zweite imaginäre, zueinander rechtwinkelige Linien auf der Oberfläche der Nockenfläche jeweils im Wesentlichen rechtwinkelig bzw. parallel zu der imaginären Ebene liegen, und die zweiten imaginären Linien in der ersten Nockenfläche im spitzen Winkel zu der Achse (12a) verlaufen.

8. Synchronisieranordnung nach Anspruch 7, bei der das Verbindungselement (48) eine Rampe (48b) aufweist, die die zweite Nockenfläche (20e) abhängig von der radial nach innen gerichteten Bewegung berührt und sich in axialer Richtung entlang der zweiten Nockenfläche in Abhängigkeit von einer ansteigenden zusätzlichen Axialkraft (Fa) bewegt, die zu einem Verformen der elastischen Mittel (SO) führt.

9. Synchronisieranordnung nach Anspruch 7, bei der sich der spitze Winkel der zweiten Nockenfläche (20e') in Abhängigkeit von dem Anwachsen der Verformung der nachgiebigen Mittel (50) in Bezug auf die Achse (12a) verändert, während sich die Rampe (48b') entlang der Achse bewegt.

10. Synchronisieranordnung nach Anspruch 9, bei der der spitze Winkel der zweiten Nockenfläche (20e') in Abhängigkeit von dem Anwachsen der Verformung der nachgiebigen Mittel (50) in Bezug auf die Achse (12a) abnimmt, während sich die Rampe (12b') entlang der Achse bewegt.

11. Synchronisieranordnung nach Anspruch 7 oder 10, bei der das Verbindungselement (48), wenn es durch die erste Nockenfläche (32f) radial nach innen und gegen die zweite Nockenfläche (20e) hin bewegt wird, bewirkt, dass die zusätzliche Axialkraft (Fa) über die ersten Klauenglieder (30), das Haltemittel (34), die Scheibe (32) und die Sperrflächen (40c, 32h) auf die ersten Reibmittel (36) übertragen wird.

12. Synchronisieranordnung nach einem der Ansprüche 4 -11, bei der:

das erste Element (32) ein sich radial erstreckender, konzentrisch zu der Achse (12a) angeordnete Scheibe ist, die durch die Schaltkraft axial bewegt wird, wobei die erste Nockenfläche (32f) eine radial nach innen weisende Nockenfläche darstellt, die dazu dient, die radial nach innen gerichtete Bewegung des Verbindungselements (48) in Abhängigkeit von der begrenzten Drehbewegung zu bewirken;

Haltemittel (34) die Scheibe mit den ersten Klauengliedern (30) verbinden, um eine gemeinsame axiale Bewegung mit dieser zu ermöglichen;

die Sperrmittel (40c, 32h) wenigstens eine erste und eine zweite Sperrfläche (40c, 32h) aufweisen, wobei die erste Sperrfläche (40c) durch ein zapfenförmiges Element (40) gebildet wird, das sich starr in axialer Richtung von dem ersten Reibmittel (36) weg in eine Öffnung (32c) in der Scheibe (32) hinein erstreckt, die zweite Sperrfläche (32h) um die Öffnung festgelegt ist und die Sperrmittel dazu dienen, ein zu dem synchronisierenden Drehmoment entgegengesetztes Drehmoment zu erzeugen, durch das die Sperrmittel außer Eingriff zu bringen sind, wenn die Synchronisation hergestellt ist;

das zweite Element (20) eine zweite Nockenfläche (20e) aufweist, die an dem ersten Antrieb (12) befestigt ist;

das erste Klauenglied (30) eine sich radial erstreckende Öffnung (32c) aufweist, in der zwischen den ersten und zweiten Nockenflächen (32f, 20e) das Verbindungselement (48) angeordnet ist; und

das Verbindungselement (48), wenn es durch die erste Nockenfläche (32f) radial nach innen und gegen die zweite Nockenfläche (20e) hin bewegt wird, bewirkt, dass die zusätzliche Axialkraft (Fa) über die ersten Klauenglieder (30), das Haltemittel (34), die Scheibe (32) und die Sperrflächen (40c, 32h) auf die ersten Reibmittel (36) übertragen wird.