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Synchronisiervorrichtung für Zahnräderwechselgetriebe, insbesondere
für Kraftfahrzeuge Die Erfindung bezieht sich auf Synchronisiervorrichtungen in
Zahnräderwechselgetrieben, bei welchen die Kupplungsverzahnungen erst dann miteinander
in Eingriff kommen können, nachdem sie auf gleiche Drehzahl gebracht sind. Um diese
Wirkung zu erzielen, werden in den Synchronisiervorrichtungen sogenannte Sperrmittel
angewendet, die bei den bekannten Synchronisierungen wie folgt arbeiten Die am Getriebeschalthebel
des Fahrers angreifende Kraft wird über ein Gestänge zu einer axial verschiebbaren
Kupplungsmuffe geleitet.
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Diese überträgt die Kraft auf einen Gleichlaufring, der-sich hierdurch
in axialer Richtung verschiebt. Der Gleichlaufring kann konisch ausgebildet sein
und läuft bei einer axialen Verschiebung auf einen entsprechenden Gegenkonus auf.
Bei ungleichen Drehzahlen der zu kuppelnden Getriebeteile reiben die Konen so lange
aufeinander, bis ihre Geschwindigkeiten angeglichen sind. Der Gleichlaufring ist
in ständigem Eingriff mit einem der zu verbindenden Getriebeteile und so in diesem
gelagert, daß er nur eine kleine, relative Drehung um die Wellenachse in bezug auf
das eine Getriebeteil machen kann. Die durch die unterschiedlichen Drehzahlen hervorgerufene
Reibungskraft zwischen den Konen dreht den Gleichlaufring um einen kleinen Winkel,
bis er an das eine Getriebeteil anschlägt. Hierdurch legen sich sogenannte Sperrzähne
aneinander, deren Stirnseiten unter bestimmten Schrägungswinkeln angespitzt sind.
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Die Sperrzähne können an der Kupplungsmuffe und dem Gleichlaufring
oder am Gleichlaufring und auf der Nabe eines Zahnrades oder eines sonstigen Getriebeteiles,
z. B. einer Schiebehülse, angebracht sein.
An den schrägen Flächen
dieser Sperrzähne stehen sich während des Gleichlaufvorgangs die zwischen den zu
kuppelnden Getriebeteilen wirkenden Beschleunigungs- oder Verzögerungskräfte einerseits
und die vom Schalthebel des Fahrers her axial wirkende Schaltkraft andererseits
gegenüber. Erst wenn gegen Ende des Synchronisiervorgangs die Beschleunigungskraft
kleiner als die Schaltkraft wird, gleiten die schrägen Flächen der Sperrzähne gegeneinander
ab. Hierdurch erst wird der Weg für die Kupplungsverzahnung der Schaltmuffe frei,
so daß diese sich lautlos und leicht in die mit gleicher Drehzahl umlaufende Gegenverzahnung
hineinschiebt.
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Die Schaltmuffe durchläuft beim Schalten bis zu dem Augenblick, in
dem sich die Konen berühren, einen Weg, über den keine Synchronisierung der Getriebeteile
stattfindet.
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Die Erfindung hat sich demgegenüber die Aufgabe gestellt, die Synchronisierung
über einen möglichst großen Teil des Schaltmuffenweges vorzunehmen.
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Nach der Erfindung wird vorgeschlagen, die Synchronisierung stufenweise
vorzunehmen. Zu diesem Zweck wird eine Folge von Schrägflächen stufenförmig angeordnet.
Die Winkel dieser Schrägflächen in den einzelnen Stufen können verschieden und die
Stufen verschieden hoch sein.
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Durch die Erfindung wird erreicht, daß sich die Synchronisierung über
einen möglichst großen Teil des Schaltweges vollzieht. Der Fahrer kann in einem
Fluß durchschalten, ohne nennenswerte Unterbrechungen, ein Hängenbleiben od. dgl.
zu verspüren.
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Die Erfindung kann vorteilhaft überall, d. h. in allen Gangstufen
eines Getriebes, angewendet werden. Sie läßt sich besonders leicht dann verwirklichen,
wenn der zurückzulegende Weg einer Schaltmuffe aus konstruktiven Gründen groß ist.
Die Erfindung ist ferner dann vorteilhaft, wenn der Übersetzungssprung einer Gangstufe
verhältnismäßig groß ist, wie z. B. im ersten Gang bei Getrieben mit nur drei Geschwindigkeitsstufen.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
dargestellt. Es zeigt Fig. I einen Längsschnitt durch ein Zahnräderwechselgetriebe
mit drei Geschwindigkeitsstufen in Leerlaufstellung, Fig. 2 die Schalthülse des
Getriebes nach Fig. I in vergrößertem Maßstab mit zwei Folgen von stufenförmig angeordneten
Schrägflächen nach der Erfindung.
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Im Gehäuse Io sind die Eingangswelle II und die Hauptwelle 12 in Flucht
zueinander über die Kugellager 13, 14 gelagert. Das linke, konisch zulaufende Ende
15 der Hauptwelle Iß ragt in eine Bohrung 16 der Eingangswelle II und ist über ein
Nadellager 17 in dieser gelagert. Das Antriebsrad 18 ist zusammen mit der Eingangswelle
II aus einem Stück gearbeitet und steht in dauerndem Eingriff mit dem Rad I9 des
Vorgeleges. Das Rad I9 ist zusammen mit den weiteren Rädern 2o und 21 des Vorgeleges
aus einem Stück gearbeitet; so daß diese Räder in bekannter Weise einen Zahnradblock
22 bilden, der über die Nadellager 23, 24 auf einer im Gehäuse befestigten Achse
25 gelagert ist.
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Im mittleren Teil 26 der Hauptwelle I2 ist eine Schalthülse 27 angeordnet,
in deren Bohrung eine Innenverzahnung 28 eingeschnitten ist, die in eine entsprechende
Außenverzahnung 29 der Hauptwelle Iß eingreift. Die Schalthülse 27 ist hierdurch
drehsteif mit der Hauptwelle 12 verbunden, kann aber axial verschoben werden. An
ihrem einen Ende ist ein Ringflansch 3o angeschweißt, der von einer in der Zeichnung
nicht weiter dargestellten Schaltgabel umfaßt wird und somit über ein Schaltgestänge
axial verschoben werden kann. Auf dem hinteren Ende 31 der Hauptwelle I2 sitzt lose
drehbar das Rad 32 und ist in dauerndem Eingriff mit dem Rad 2I des Vorgeleges.
Die Schalthülse 27 erstreckt sich an ihren beiden stirnseitigen Enden über den mittleren
Teil 26 der Hauptwelle 12 hinaus, und zwar umgibt sie auf der linken Seite die hülsenartige
Verlängerung 33 des Antriebsrades I8 und auf der rechten Seite die Nabe 34 des Rades
32. Zwischen der hülsenartigen Verlängerung 33 des Antriebsrades I8 und der Schalthülse
27 sowie zwischen der Nabe 34 des Rades 32 und' der Schalthülse 27 sind bekannte
Synchronisiervorrichtungen für die dritte und zweite Gangstufe untergebracht, deren
Wirkungsweise weiter unten beschrieben ist.
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Die Schalthülse 27 wird von einem lose drehbaren Schieberad 35 umgeben.
Dieses Rad 35 kann mittels einer nicht dargestellten Schaltgabel, die in die Nut
36 eingreift, axial verschoben werden.
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Wird das Schieberad 35 nach links verschoben, so schiebt sich eine
Außenverzahnung 37 nach Art der Zahnräderschubgetriebe in die des Rades 2o des Vorgeleges.
Dieser Vorgang vollzieht sich ohne jede Schwierigkeit, wobei keinerlei lästige Getriebeschläge,
Ratschen oder sonstige Geräusche verursacht werden; da das Schieberad 35 die Schalthülse
27 lose drehbar umgibt und eine relativ geringe zu beschleunigende oder zu verzögernde
Masse besitzt. In das Schieberad 35 ist eine Innenverzahnung 38 geschnitten, die
als Kupplungsverzahnung dient und sich nach Herstellung des Gleichlaufs zwischen
der Hauptwelle 12 und dem Schieberad 35 in die Kupplungsverzahnung 39 der Schalthülse
27 schiebt.
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Die Innenverzahnung 38 kann bei ausgeschalteter erster Gangstufe auf
der Schalthülse 27 gleiten; sie überträgt dabei kein Drehmoment. Infolge der Zähigkeit
des Öles jedoch wird das Schieberad 35 von der Schiebehülse 27 ganz oder teilweise
mitgenommen, so daß kaum nennenswerte Relativdrehzahlen zwischen dein Schieberad
35 und der Schalthülse auftreten.
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Die Synchronisierung nach der Erfindung zwischen dem Schieberad 35
und der Schiebehülse 27 ist wie folgt aufgebaut: In den Ringflansch 4o des Schieberades
35 ist ein Konusfutter 41 (Innenkonus) 40 bzw. eingepreßt mit dem Schieberad und
dadurch 35 mit fest dem verbunden. Ringflansch Ein Gleichlaufring 42 ist an seiner
Außenfläche 43 kegelig gedreht (Außenkonus), um mit dem Konusfutter
41
zusammenzuarbeiten. Der Gleichlaufring 42 trägt zwei gleichmäßig verteilte und nach
innen gerichtete Zacken 44, die mit großem Spiel in zwei entsprechende Führungsnuten
45 der Schalthülse 27 ragen.
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Zwischen der Schiebehülse 27 und dem Gleichlaufring 42 ist ferner
eine Wellfeder 65 angeordnet. Sie hat die Aufgabe, die Außenfläche 43 des Gleichlaufringes
42 vom Konusfutter 41 wegzudrücken. Sie soll vorzugsweise so bemessen sein, daß
sie beim Schaltvorgang die Berührung zwischen den Konen so lange verhindert, bis
die Außenverzahnung 37 des Schieberades 35 mit dem Rad 2o in Eingriff gekommen ist.
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Während des Schaltvorgangs, also wenn das Schieberad 35 aus seiner
gezeichneten, neutralen Stellung nach links bewegt wird und nachdem die Außenverzahnung
37 des Schieberades 35 in die des Rades 2o eingreift, läuft das Konusfutter 41 auf
die kegelige Außenfläche 43 des Gleichlaufringes 42 auf und nimmt diesen mit, bis
die Rampen 46 der Zacken 44 den in der Nut 47 der Schalthülse 27 liegenden Federring
48 berühren. Hierdurch wird in bekannter Weise die sogenannte Vorsynchronisation
eingeleitet. Der Federring 48 setzt dem Schieberad 35 einen Widerstand entgegen.
Die in Umfangsrichtung wirkende Reibungskraft zwischen dem Konusfutter 41 und der
kegeligen Außenfläche 43 des Gleichlaufringes 42 steigt an, so daß der Gleichlaufring
42, je nachdem in welcher Umfangsrichtung die Reibungskraft zwischen den Konen wirkt,
in der einen oder anderen Umfangsrichtung um einen kleinen Winkelbetrag innerhalb
der Führungsnuten 45 gedreht wird.
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Um die folgenden Vorgänge leichter verständlich zu machen, ist in
Fig. 2 einer der Zacken 44 im Grundriß gestrichelt angedeutet. Die schrägen Flächen
7o der Zacken 44 des Gleichlaufringes 42 legen sich an Abschrägungen 49 der Führungsnuten
45 und hemmen einen Augenblick lang die Schubbewegung des Schieberades 35. Der Winkel
a1 der Abschrängungen 49 (Fig. 2) ist so gewählt, daß die Bewegung der Zacken 44
an den Abschrägungen 49 nicht unterbrochen wird; mit anderen Worten, die erste Stufe
soll so ausgeführt sein, daß die axial wirkende Schaltkraft gegenüber der an den
Schrägflächen wirkenden axialen Komponente der Zurückhaltekraft überwiegt, so daß
die Bewegung des Schieberades 35 nicht unterbrochen wird, aber dennoch ein starker
Reibungsschluß zwischen der Außenfläche 43 und dem Konusfutter 41 erzeugt wird.
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Dicht hinter der ersten Synchronisierstufe mit den Abschrägungen 49
ist eine weitere Stufe mit den Abschrägungen 71 vorgesehen. Sobald sich die schrägen
Flächen 7o der Zacken 44 an diese Abschrägungen 71 gelegt haben, wird erneut ein
starker Reibungsschluß zwischen der Außenfläche 43 und dem Konusfutter 41 erzeugt.
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Da im Ausführungsbeispiel keine weiteren Synchronisierstufen vorgesehen
sind, ist der Winkel a2 der Abschrägungen 71 (Fig. 2) so gewählt, daß die Bewegung
der Zacken 44 unter allen Umständen so lange gesperrt wird, bis das Schieberad 35
die Drehzahl der Hauptwelle 12 angenommen hat. Der Winkel a2 ist aus diesem Grunde
flacher als der Winkel a1 der ersten Stufe. Der Winkel ß des Zackens 44 ist zweckmäßig
gleich dem Winkel a2 der letzten Stufe. Die Stufenhöhen h1, h2 (vgl. Fig. 2) nehmen
von Stufe zu Stufe zu, sie können aber auch gleich groß sein.
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Während des gesamten Synchronisiervorgangs müssen in den einzelnen
Stufen die Zacken 44 des Gleichlaufringes 42 ständig im Reibeingriff mit dem Federring
48 stehen. Die Länge der Zacken 44 entspricht aus diesem Grunde der Entfernung zwischen
den Abschrägungen 71 und der Nut 47 bzw. dem Federring 48. Um die Abschrägungen
71 in einfacher Weise herstellen zu können, ist es zweckmäßig, in geeigneter Entfernung
Nuten 72 in die Schiebehülse 27 einzustechen, die mindestens die Tiefe der Führungsnuten
45 haben. Diese Nuten 72 können, wie dargestellt, nur örtlich vorgesehen sein; sie
können sich aber auch ohne weiteres über den ganzen Umfang erstrecken, wenn die
Herstellung hierdurch erleichtert wird.
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Hat das Schieberad 35 die Drehzahl der Schalthülse 27 bzw. der Hauptwelle
I2 erreicht, dann dreht sich der Gleichlaufring 42 und damit seine Zacken 44 um
den vorher genannten kleinen Winkel innerhalb der Führungsnuten 45 wieder zurück,
so daß die Innenverzahnung 38 des Schieberades 35 zwanglos in die Kupplungsverzahnung
39 der Schalthülse 27 gleiten kann. Beide Teile sind nunmehr drehsteif miteinander
verbunden. Der Kraftfluß durch das Getriebe nimmt seinen Weg vom Antriebsrad I8
auf das Rad I9 des Vorgeleges und vom Rad 2o auf das Schieberad 35 und damit auf
die Hauptwelle I2 bzw. zum Abtrieb. Im Ausführungsbeispiel entspricht dies dem ersten
Gang. Um aus dem ersten Gang in den zweiten oder dritten Gang zu schalten, wird
zunächst das Schieberad 35 mittels der nicht dargestellten Schaltgabel, die in die
Nut 36 eingreift, nacht rechts verschoben, wobei der im Gehäuse des Schieberades
35 sitzende Sprengring 5o den Synchronisierring 42 mitnimmt und das Getriebe wieder
in seine gezeichnete, neutrale Stellung gelangt. Anschließend wird mittels der nicht
dargestellten, den Flansch 30 umgreifenden Schaltgabel die Schalthülse 27
nach rechts für den zweiten Gang oder nach links für den dritten Gang verschoben
. Dabei behält das Schieberad 35 in bezug auf das Gehäuse Io seine Lage bei. Zwischen
der Schiebehülse 27 und dem Rad 32 oder 18 finden anschließend bekannte Synchronisiervorgänge
statt.
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Das Konusfutter 5 ja (5,b) läuft auf die kegelige Außenfläche
52a (52b) des Gleichlaufringes 53a (53b) auf und schiebt diesen so weit nach rechts
(links), bis die Rampen 54a (54b) der Zacken 55a (55b) den Federring 56a (56b) berühren.
Die Reibungskraft zwischen dem Konusfutter 5 ja (516) und dem Gleichlaufring
53' (53b) nimmt zu, wobei der Gleichlaufring eine kleine Drehung in bezug
auf die Nabe 34 (oder Verlängerung 33) macht, durch welche sich (nicht besonders
dargestellte) sehsäge Flächen der
Zacken 55a (55b) an die entsprechenden
schrägen Flächen 57a (57b) der Führungsnuten 58a (58b) anlegen. Erst wenn das Rad
32 (oder die Antriebswelle i i) die Drehzahl der Hauptwelle r2 angenommen hat, gleitet
die Innenverzahnung 28 der Schalthülse 27 in die Kupplungsverzahnung 59a (59b) auf
der Nabe 34 des Rades 32 (oder der Verlängerung 33 des Antriebsrades 18), wodurch
das Rad 32 (oder die Antriebswelle II) mit der Hauptwelle 12 verbunden ist. Im zweiten
Gang erfolgt dann der Kraftfluß vom Antriebsrad 18 auf das Rad I9, vom Rad 21 auf
das Rad 32 und damit auf die Hauptwelle 12. Im dritten oder sogenannten direkten
Gang, werden die Antriebswelle II und die Hauptwelle 12 direkt miteinander verbunden,
wobei die übrigen Getriebeteile leer mitlaufen.
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Das Schieberad 35 kann auch dazu dienen, um in bekannter Weise den
Rückwärtsgang zu schalten. In diesem Falle wird das Schieberad 35 nach rechts verschoben,
so daß seine Außenverzahnung 37 mit der Verzahnung des strichpunktiert angedeuteten
Rades 6o einer nicht dargestellten Rückwärtswelle in Eingriff kommt.
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Der Kraftfluß zwischen dem Schieberad 35 und der Schalthülse 27 wird
dann über die Kupplungsverzahnung 61 und die Innenverzahnung 38 des Schieberades
35 hergestellt.
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Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die beschriebene; spezielle
Anordnung, bei welcher nur zwei Stufen für die Synchronisierung vorgesehen sind:
Es können selbstverständlich auch mehr als zwei Stufen verwendet werden. Es kann
auch zweckmäßig sein, mehrere Synchronisierungen eines Getriebes nach der Erfindung
auszubilden.
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Auch ist es durchaus denkbar, die Führungsnut 45 so auszubilden, daß
sie sich nicht stufenweise, wie in Fig. 2 gezeigt, verengt, sondern allmählich,
d. h. stufenlos.
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In diesem Falle muß das Ende der Verengungsbahn der Nut 45 so ausgebildet
sein, daß dort schließlich die Bewegung des Gleichlaufringes so lange gesperrt wird,
bis der Gleichlauf vollständig erreicht ist.