DE69827456T2 - Synchronisiereinrichtung für die Zahnräder eines Kraftwagengetriebes - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Synchronisiereinrichtung mit freiem Ring der Mehrfachkegelart für das Schaltgetriebe eines Kraftwagens. Eine derartige Synchronisiereinrichtung ist aus EP-A-267 714 bekannt.
• Es sind Synchronisiereinrichtungen des Stands der Technik bekannt, die neben dem Zahnrad mit einstückiger Eingriffsverzahnung einen äußeren Synchronisierring, einen inneren Synchronisierring und außerdem einen zwischenliegenden Synchronisierring umfassen, wodurch ein verbessertes und leichteres Eingreifen für die einzelnen Zahnräder bereitgestellt ist. Ferner können das Zahnrad und der innere Ring abhängig davon, ob die Synchronisiereinrichtung eine Einzel- bzw. Doppelkegelsynchronisiereinrichtung ist, einen inneren Synchronisierkegel aufweisen oder nicht.
• Der oben verwendete zwischenliegende Ring ist in Synchronisiereinrichtungen zur Drehung mithilfe von Antriebszungen vorgesehen, deren Anzahl gewöhnlich drei beträgt und die mit Eingriffsverzahnung in Rillen, die in der Radnabe ausgebildet sind, in Eingriff stehen.
• Obwohl die oben beschriebene Synchronisiereinrichtung Synchronisierungs- und Eingriffsprobleme vermeidet, stellt sie keinen kraftbetriebenen Eingriff bereit, der eine Verminderung der Belastung des Schalthebels beim Schalten gestatten könnte.
• Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Synchronisiereinrichtung der oben beschriebenen Art bereitzustellen, die es gestattet, einen verbesserten Eingriff zu erzielen, der durch Kraftbetrieb des Synchronisierdrehmoments ermöglicht ist.
• Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung mithilfe einer Synchronisiereinrichtung mit freiem Ring gelöst, die mit zumindest einem Zahnrad mit einer einstückigen Eingriffsverzahnung verbunden ist und mit zumindest einer Nabe, einer Schubhülse, einem äußeren Synchronisierring, einem inneren Synchronisierring und einem zwischenliegenden Synchronisierring, der durch Antriebszungen, die in mehrere U-förmige Rillen eingreifen, welche in der Radnabe ausgebildet sind, um eine Achse gedreht wird, versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Rillen in der axialen Richtung in der Form eines gleichschenkligen Trapezes geformt ist, wobei dessen schräge Seiten in den Ebenen, die die Flanken der Rillen definieren, enthalten sind, wobei die längere Grundlinie des Trapezes in der Ebene umfaßt ist, die den geschlossenen Boden der Rille ausbildet, während die kürzere Grundlinie des Trapezes an der offenen Seite der Rille angeordnet ist.
• Weitere Kennzeichen und Vorteile gehen aus der folgenden Beschreibung, die als nicht einschränkendes Beispiel vorgesehen ist, unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen eindeutig hervor.
• Es zeigen:
• 1 eine schematische, axiale Querschnittsansicht einer Synchronisiereinrichtung gemäß der Erfindung; und
• 2 eine Draufsicht eines Details von 1.
• Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen bezeichnet Bezugszeichen 1 in gestrichelter Linie die Achse einer sekundären Getriebewelle, obgleich die Erfindung problemlos auch auf die primäre Getriebewelle angewendet sein kann. An einer sekundären Welle ist ein Zahnrad 3 angebracht, das zu einem der Gänge gehört (z. B. dem dritten Gang). Das Zahnrad 3 ist mit einer Eingriffsverzahnung 4 versehen, die damit einstückig ist. Eine Nabe 6 ist die Welle entlang axial verschiebbar und durch eine Hülse 7 angetrieben, die ihrer seits mithilfe einer der Steuerschaltgabeln (nicht gezeigt) gesteuert ist.
• Ein äußerer Synchronisierring 9 wird durch die Nabe 6 mithilfe einer Verzahnung 11 gedreht. Der äußere Synchronisierring 9 treibt seinerseits mithilfe von Aussparungen 13 einen inneren Synchronisierring 14 an. Der innere Ring 14 ist zum Eingreifen in die Aussparungen 13 mit Vorsprüngen 15 versehen. Zwischen dem inneren Synchronisierring 14 und dem äußeren Synchronisierring 9 ist ein dritter, zwischenliegender Synchronisierring 17 vorgesehen. Der zwischenliegende Ring 17 weist einen radialen Vorsprung 18 zur zweiten Welle hin auf, der mehrere Antriebszungen 20 trägt.
• Die Zungen sind dazu geeignet, U-förmige Rillen 22 in Eingriff zu nehmen, die auf der Nabe von Zahnrad 3 ausgebildet sind. Die Rillen 22 weisen einen Querschnitt in Form eines gleichschenkligen Trapezes auf, dessen schräge Seiten in der Ebene enthalten sind, die die Rillenflanken definiert; die längere Grundlinie des Trapezes ist in der Ebene umfaßt, die den Boden der Rille ausbildet, während die kürzere Grundlinie des Trapezes an der offenen Seite der Rille angeordnet ist. Federn 28 aus harmonischem Stahlblech, die vorgesehen sind, den zwischenliegenden Ring 17 in die Startposition zu bringen, wenn die Synchronisierphase vorbei ist, sind in den Rillen 22 an einer Stelle zwischen der Bodenseite 26 und den Abschnitten von Zunge 20 angeordnet, die die Rillen in Eingriff nehmen.
• Eine Arbeitsweise der Synchronisiereinrichtung ist folgendermaßen.
• Während die Synchronisiereinrichtung während der Vorsynchronisierungs- und Eingriffsphasen als eine herkömmliche Einrichtung arbeitet, erzeugt die Synchronisiereinrichtung gemäß der Erfindung während der eigentlichen Synchronisierphase als Gegenreaktion ein Synchronisierverzahnungsdrehmoment, das proportional zu der Kraft ist, die von außerhalb ausgeübt ist (durch den Schalthebel), und eine direkte Funktion des Verjüngungswinkels der Flanken 24 des Rillen 22 ist, die auf der Nabe von Zahnrad 3 ausgebildet sind.
• Wenn die Abrundungen an der Hülse 7 die Abrundungen des äußeren Synchronisierrings 9 in Eingriff nehmen und die Synchronisierphase beginnt, bewirkt die axiale Kraft, die von außerhalb ausgeübt ist, ein Widerstands- und Synchronisierdrehmoment zwischen den Kegeln des äußeren Synchronisierrings 9 und des inneren Synchronisierrings 14 und des zwischenliegenden Rings 17 (d. h. zwischen den Trägheitskräften der Getriebezahnräder, die der Synchronisiereinrichtung vorgeschaltet und nachgeschaltet mit verschiedenen Geschwindigkeiten drehen).
• Wie bekannt ist das Drehmoment proportional zu den folgenden Parametern der Einrichtung: Kegelwinkel, Durchmesser der konischen Oberflächen, Reibungskoeffizient.
• Der zwischenliegenden Ring überträgt das Synchronisierdrehmoment über die Antriebszungen 20 mithilfe einer tangentialen Kontaktreaktion, die proportional zum Synchronisierdrehmoment und umgekehrt proportional zum Kontaktdurchmesser der Zungen 20 auf dem Zahnrad 3 (den Flanken der Rillen 22) ist, auf das Zahnrad 3 und das verbundene Räderwerk. Die Verjüngung (Neigung) der Flanken der Rillen 22, die auf der Nabe von Zahnrad 3 ausgebildet sind, erzeugt an den Kontaktpunkten eine axiale Kraft (in 2 durch Pfeil E anzeigt) zwischen dem zwischenliegenden Ring und dem Zahnrad, die den zwischenliegenden Ring gegen den inneren Ring drückt, wodurch dort dazwischen ein zusätzliches Synchronisierdrehmoment geschaffen ist.
• Dieses Synchronisierdrehmoment kommt zu dem, das durch die axiale Kraft, die durch den Schalthebel auf den äußeren Ring ausgeübt ist, bereitgestellt ist, und bietet somit während der gesamten Synchronisierphase eine bessere Leistung durch die Synchronisiereinrichtung. Bei gleichem Manöverzeitraum ist die vom Fahrer zu erzeugende axiale Kraft reduziert, oder umgekehrt, der Manöverzeitraum ist reduziert, wenn die axiale Kraft, die durch den Schalthebel ausgeübt ist, gleich bleibt.
• Wenn die Synchronisierphase vorüber ist, endet der Schub des zwischenliegenden Rings auf den inneren Ring, die Feder 28 verschiebt den zwischenliegenden Ring 17 in seine Startposition und stellt den anfänglichen axialen Abstand zwischen den Ringen wieder her, wodurch eine Reibung auf den konischen Oberflächen und somit eine Ringverschiebung vermieden ist.
• Betriebstests haben gezeigt, daß ein Verjüngungswinkel der Flanken 24 im Verhältnis zur Bodenwand 26 der Rillen 22 von ungefähr 20° einen 80-prozentigen Anstieg des Synchronisierdrehmoments erbringt. Die Verjüngung der Flanken kann einen maximalen Nutzwinkel von 30° erreichen, über den hinaus der Drehmomentanstieg unerheblich oder unkontrollierbar wird.
• Wie bereits gesagt ist die Erfindung auch auf Dreifachkegelsynchronisiereinrichtungen anwendbar; der Eingriff zwischen dem äußeren und inneren Synchronisierring kann durch Gestaltungen erzielt sein, die sich von den oben beschriebenen unterscheiden, solange sie mit den Erfordernissen des Herstellungsvorgangs kompatibel sind, ohne vom Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung wie in den Ansprühen definiert abzuweichen. Daher erlaubt es die Erfindung, die Leistungen einer Doppel- oder Dreifachkegelsynchronisiereinheit ohne bauliche Probleme oder Mehrkosten, wie zum Beispiel die Vergrößerung der spezifischen Durchmesser und damit der Gesamtgröße, die Beschichtung der Synchronisierringkegel mit Materialien, die einen hohen Reibungskoeffizienten aufweisen usw., zu verbessern.

Claims (4)

1. Synchronisiereinrichtung mit freiem Ring, die mit zumindest einem Zahnrad (3) mit einer einstückigen Eingriffsverzahnung verbunden ist und mit zumindest einer Nabe (6), einer Schubhülse (7), einem äußeren Synchronisierring (9), einem inneren Synchronisierring (14) und einem zwischenliegenden Synchronisierring (17), der durch Antriebszungen (20), die in mehrere U-förmige Rillen (22) eingreifen, welche in der Radnabe ausgebildet sind, um eine Achse gedreht wird, versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Rillen in der axialen Richtung in der Form eines gleichschenkligen Trapezes geformt ist, wobei dessen schräge Seiten in den Ebenen, die die Flanken (24) der Rillen definieren, enthalten sind, wobei die längere Grundlinie (26) des Trapezes in der Ebene umfaßt ist, die den geschlossenen Boden der Rille ausbildet, während die kürzere Grundlinie des Trapezes an der offenen Seite der Rille angeordnet ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verjüngung der Flanken (24) der Rillen (2) zwischen einem Mindestwinkel von etwa 10 Grad und einem Höchstwinkel von etwa 30 Grad, vorzugsweise von 20 Grad enthalten ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Zungen, die in den Rillen (22) in Eingriff genommen sind, und der Bodenseite (26) davon ein elastisches Glied eingepaßt ist, das imstande ist, während der Bewegung der Zungen (20) zusammengedrückt zu sein.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Glied eine Feder ist, die aus harmonischem Stahlblech hergestellt ist.