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Synchronisiergetriebe Die Erfindung bezieht sich auf eine Synchronisiervorrichtung
für Kraftfahrzeug-Wechselgetriebe zur Drehzahlsynchronisation von Motorwelle und
Achsantrieb vor der kraftschlüssigen Kupplung. Die Erfindung bezieht sich dabei
besonders auf ein Synchronisiergetriebe mit zwei gleichachsigen und axial unverschiebbaren
Drehmomentübertragungsgliedern und mit einer Klauenkupplung, die mit dem einen dieser
beiden Glieder kraftschlüssig verbunden und mit dem anderen kraftschlüssig verbindbar
ist und mit einem unter axialem Druck reibschlüssig am zweiten Drehmomentübertragungsglied
angreifenden Synchronisierelement und mindestens einem Druckglied zur axialen Druckübertragung
zwischen Klauenkupplung und Synchronisierelement.
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Bei solchen Synchronisiergetrieben hat die Drehverbindung zwischen
dem ersten Drehmomentübertragungsglied und dem Synchronisierelement ein begrenztes
Spiel, das die Klauenkupplung gegen das Einrücken bis zur Synchronisation sperrt:
Es sind nun bereits Synchronisiergetriebe bekannt, bei denen die bewegliche Klauenkupplungsmuffe
zwei getrennte Zahnkränze hat. Einer davon überträgt den Antrieb auf die Kupplungsmuffe,
der andere verbindet die Kupplungsmuffe kraftschlüssig mit dem zweiten Drehmomentübertragungsglied.
Dabei wird der Antrieb ausschließlieh
durch die verschiebbare Kupplungsmuffe
übertragen. Die Höhe des übertragbaren Drehmoments ist bei diesen bekannten Konstruktionen
dadurch begrenzt, daß die Zahnkränze an der Kupplungsmuffe und an den Drehmomentübertragungsgliedern
nur verhältnismäßig geringe Durchmesser haben können. Der Durchmesser der Reibfläche
des Synchronisierelements ist dagegen größer als der Durchmesser der Zahnkränze.
Dies widerspricht aber den Aufgaben und der Beanspruchung dieser Elemente. Der Raumaufwand
für diese bekannten Getriebe steht deshalb notwendig in einem groben Mißverhältnis
zur Leistung: Bei der Lösung nach der Erfindung dagegen wird die Größe der Durchmesser
besser der Größe der mit diesen Durchmessern zu übertragenden Drehmomente angepaßt.
Zugleich wird die Konstruktion erheblich einfacher und billiger, indem man einer,
einzigen Kupplungsmuffenverzahnung folgende drei Aufgaben übertragen kann: a) die
Antriebsübertragung von einem Drehmomentübertragungsglied auf das andere; b) die
Sperre gegen das Einrücken der Muffe vor dem Synchronisieren; c) die Führung der
Muffe beim Gleiten an dem mit ihr ständig in Verbindung stehenden Drehmomentübertragungsglied.
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Die Erfindung erreicht dies dadurch, daß die Drehmomentübertragungsglieder
und das Synchronisierelement in an sich bekannter Weise je einen Zahnkranz gleichen
Durchmessers haben, mit denen die Innenverzahnung der Klauenkupplungsmuffe übereinstimmt,
und durch das Druckglied oder die Druckglieder eine unmittelbare Antriebsverbindung
zwischen dem ersten Drehmomentübertragungsglied und dem Synchronisierungselement
mit solchem Spiel herstellbar ist, daß in der einen Stellung dieser beiden Teile
die Synchronisierzähne in der Bewegungsbahn der Klauenkupplungsverzahnung gelegen
sind und die Verschiebung der Klauenkupplungsmuffe blockieren, während in der anderen
Stellung die Synchronisierzähne mit der Außenverzahnung des ersten Drehmomentübertragungsgliedes
fluchten und die Innenverzahnung der Klauenkupplung in den Zahnkranz auf dem zweiten
Drehmomentübertragungsglied einrückbar ist.
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Bei einer bevorzugten Ausführung kommt die Antriebsverbindung mit
totem Gang in Umfangsrichtung zwischen dem Synchronisierelement und dem axial unverschiebbaren
Drehmomentübertragungsglied dadurch zustande, daß das eine Ende des bzw. jedes Druckgliedes
in eine Ausnehmung des Synchronisierelements eingreift, die in Umfangsrichtung breiter
als das Druckglied ist. Dabei kann sich die Stirn des Druckgliedes satt gegen den
Boden der Ausnehmung anlegen, wodurch das Druckglied größere Kräfte als bisher übertragen
kann.
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Zweckmäßig besteht zwischen dem Druckglied und dem beweglichen Kupplungsglied
eine nachgiebige, lösbare Sperrverbindung, z. B. mittels einer Stahlkugel od. dgl.,
welche durch federnde Mittel in eine Ausnehmung in dem Kupplungsglied gedrückt wird,
diese Ausnehmung aber verlassen kann, sobald der Gleichlauf hergestellt ist, so
daß das bewegliche Kupplungsglied seine Axialverschiebung vollenden kann.
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In der Zeichnung sind eine Ausführungsform der Erfindung sowie eine
abgeänderte Bauart eines Teiles dieser Ausführungsform dargestellt.
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Fig. I zeigt ein Wechselgetriebe mit der neuen Synchronisiervorrichtung
in Seitenansicht und teilweise im Schnitt; Fig. 2 ist ein Schnitt nach Linie 2-2
der Fig. I ; Fig. 3 ist ein Schnitt nach Linie 3-3 der Fig. I; Fig. 4 zeigt eines
der Druckglieder der Synchronisiervorrichtung in schaubildlicher Darstellung und
Fig. 5 zeigt im Schnitt einen Teil einer abgeänderten Ausführungsform.
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In der Zeichnung ist die Erfindung in Anwendung auf gewisse das Drehmoment
übertragende Teile eines üblichen in Kraftfahrzeugen verwendeten Wechselgetriebes
veranschaulicht.
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Wie aus den Fig. I bis 3 zu erkennen ist, trägt die treibende Welle
2 des Getriebes einen Radkranz 3, welcher mit einem in der Zeichnung nicht veranschaulichten
Zahnrad auf einer Vorgelegewelle kämmt. Ein zweites, gleichfalls mit einem Zahnrad
auf der Vorgelegewelle kämmendes Rad 8 sitzt drehbar auf der Getriebewelle 9, ist
jedoch durch Stellringe Io gegen Axialverschiebung gesichert; dieses zweite Rad
8 bildet den zweiten Gang des Wechselgetriebes. Die Wellen 2 und 9 liegen gleichachsig,
so daß das eine Ende II der Welle 9, wie dargestellt, in dem benachbarten Ende der
Welle 2 gelagert sein kann.
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Auf der Welle 9 ist zwischen den Rädern 3 und 8 ein Kupplungstragteil
oder eine Nabe I2 mittels Feder und Nut I3 befestigt und ebenfalls durch Stellringe
Io gegen Axialverstellung gesichert; der Teil 12 dient als Träger für den beweglichen
Teil 14 einer Klauenkupplung. Abgesehen von praktischen Schwierigkeiten könnten
der Teil 12 und die Welle 9 aus einem Stück hergestellt sein. Der bewegliche Klauenkupplungsteil
14 bildet eine Hülse mit inneren Kupplungszähnen 15, die verschiebbar im Eingriff
mit einer Außenverzahnung 16 des Teiles 12 stehen (Fig. 2), Eine Schaltgabel 17
greift in eine Ringnut i8 in der Außenwand des Kupplungsteiles 14 ein und dient
dazu, den Teil 14 wahlweise in Richtung auf das Rad 3 oder das Rad 8 zu zu verstellen.
Jedes der beiden Räder 3 und 8 trägt Kupplungszähne 21 und 22, die in ihrer Form
den Zähnen 16 des Teiles 12 entsprechen und so synchronisiert werden können, daß
sie mit diesen ausgerichtet sind. Wird also der Kupplungsteil 14. nach links (Fig.
i) verstellt, so wird der Teil 12 auf der Welle 9 mit der Welle 2 in feste Antriebsverbindung
gebracht; durch die Bewegung des Kupplungsteils 14 nach rechts wird dagegen eine
unmittelbare Antriebsverbindung zwischen dem Rad 8 und der Welle 9 geschaffen. Ein
derartiges Einrücken des Kupplungsgliedes kann jedoch ohne Geräusch und Beschädigungen
der Teile nur dann erfolgen, wenn der relativ ruhende Kupplungsteil, mit dem der
bewegliche Kupplungsteil 14 in Antriebsverbindung
zu bringen ist,
mit der gleichen Geschwindigkeit umläuft wie der Teil 14.
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Um synchronen Lauf zwischen dem mit der Welle 9 umlaufenden beweglichen
Kupplungsteil 14 und einem der Zahnkränze 21, 22 herzustellen, ist zwischen dem
Träger I2 und den Rädern 3 und 8 eine Synchronisiervorrichtung vorgesehen. Bei der
dargestellten Ausführungsform besteht diese Vorrichtung aus zwei geschmiedeten Bronzeringen
24 und 25 beiderseits des Trägers 12. Jeder der Ringe weist eine kegelige Reibfläche
26 auf, die mit einer entsprechend gestalteten Reibfläche 27 des benachbarten Teils
des Rades 3 bzw. 8 zusammenwirkt.
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Eine Antriebsverbindung mit Spiel in der Umfangsrichtung zwischen
den Ringen 24, 25 und der Welle 9 unter Vermittlung des Trägers 12" die eine leichte
Drehverstellung zwischen Ring und Welle gestattet, wird noch beschrieben.
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Außer ihrer Funktion als Synchronisierelemente üben die Ringe 24 und
25 auch noch die Wirkung einer Blockiervorrichtung aus, die das Einrücken der Kupplung
14 bis 21 bzw. 14 bis 22 verhindert, bevor die Kupplungsteile synchron laufen. Diese
Wirkung der Ringe 24 und 25 kann dadurch erzielt werden, daß radial gerichtete äußere
Blockierzähne 33 und 34 am Außenumfang der Ringe 24 und 25 vorgesehen werden. Die
dem verschiebbaren Kupplungsteil 14 zugewandten Enden 35 der Blockierzähne 33, 34
können abgeschrägt oder abgerundet sein (Fig. 3), und auch die Enden der Zähne 15
des Kupplungsteils 14 werden zweckmäßig in ähnlicher Weise ausgebildet. Wird daher
der Teil 14 in Richtung auf die Kupplungszähne 21 oder 22 bewegt, so kommen die
Blockierzähne und die Kupplungszähne längs der Flächen miteinander in Berührung,
die im Winkel zur Drehachse verlaufen, wenn die Zähne 33 oder 34 nicht gerade den
Zähnen 16 des Kupplungsträgers 12 gegenüberstehen. Dies kommt immer dann vor, wenn
die beiden miteinander zu verbindenden Drehmoment-Übertragungsteile, also das Rad
3 oder 8 und die Welle 9, mit verschiedenen Geschwindigkeiten umlaufen; dabei wird
der Synchronisier-Blockierring gezwungen, sich gegenüber dem Träger 12 in die eine
oder die andere Endstellung seiner Relativdrehung zu bewegen. Erreichen die Teile
den synchronen Lauf, so erfolgt eine relative Umkehr der Drehrichtung, so daß die
Blockierzähne einen Augenblick lang mit den Zähnen 16 des Trägers 12 in Flucht liegen;
in dieser Lage kann der Kupplungsteil I4 seine Bewegung frei fortsetzen und mit
den relativ festen Kupplungszähnen in Eingriff kommen. Diese Blockierwirkung der
Synchronisierringe findet jedoch nur statt, wenn die Ringe in Richtung auf ihre
benachbarten Reibkupplungsglieder gedrängt werden, so daß eine Reibverbindung zwischen
dem Synchronisier-Blockierring und dem benachbarten Drehmoment-Übertragungsteil
entsteht.
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Damit beim Verstellen des Kupplungsteiles 14 die Synchronisier-Blockierringe
sich in eine Stellung bewegen, in der sie das Einrücken der Klauenkupplung blockieren,
worauf sie die miteinander zu kuppelnden Teile synchronisieren, sowie um gleichzeitig
eine Antriebsverbindung zwischen dem Träger I2 und den Ringen derart zu schaffen,
daß zwischen diesen Teilen 12 eine geringe Relativverdrehung erfolgen kann, sind
mehrere Druckglieder I4 von verhältnismäßig geringem Gewicht und Trägheitsmoment
gleichmäßig über den Umfang des Trägers 12 verteilt und parallel zu dessen Achse
gerichtet. Jedes Druckglied ist in einer Rinne 30 am Umfang des Trägers 12
angeordnet und erstreckt sich mit seinen nach innen umgebogenen Endflanschen 42
in radial gerichtete Aussparungen 43 in den benachbarten Stirnflächen der Synchronisierringe.
Die Aussparungen 43 sind etwas breiter als die Druckglieder 41; diese sind also
zwar gegen Seitenverschiebung gegenüber dem Träger 12 gesichert, doch die Ringe
24 und 25 können sich gegenüber dem Träger 12 um einen Betrag verdrehen, der durch
den Breitenunterschied zwischen den Aussparungen 43 und dem Druckglied 41 bestimmt
ist. Dieser Breitenunterschied ist zweckmäßig ungefähr ebenso groß, auf keinen Fall
aber größer als die Gesamtbreite eines der Blockierzähne 33 oder 34. Die Tiefe der
Aussparungen 43 ist so gewählt, daß sich bei einer Längsbewegung der Druckglieder
41 nach links oder rechts (Fig. I) die Endflansche 42 gegen die Innenwandungen der
Aussparungen in den betreffenden Ring legen, diesen mitnehmen und in Reibeingriff
mit dem Reibkupplungsgegenstück am Rade 3 oder 8 bringen.
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Jedes Druckglied 41 weist in der Mitte eine radial nach außen erweiterte
kegelige Aussparung 44 auf, in der eine Stahlkugel 45 liegt, die in eine Ringnut
46 etwa in der Längsmitte der verzahnten Innenfläche des Klauenkupplungsteils 14
eingreift. Ein Gummikissen 47 ist zwischen jedem Druckglied 41 und dem Boden der
zugehörigen Nut 30 vorgesehen und drängt das Druckglied 41 radial nach außen, so
daß die Stahlkugel 45 nachgiebig in die Nut 46 eingreift.
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Bei der anfänglichen Bewegung des Kupplungsteils 14 in Richtung auf
einen der zugehörigen Teile 2I, 22 nimmt das Druckglied 41 an der Bewegung teil,
legt sich gegen den Synchronisier-Blockierring 24 oder 25 und bringt diesen mit
dem zugehörigen Reib'kupplungsteil in Eingriff. Der Ring dreht sich mit diesem Teil
und bewirkt somit eine Relativverdrehung zwischen Ring und Träger 12 in der Bewegungsrichtung
des rascher laufenden Teiles. Infolgedessen kommen die abgeschrägten Flächen der
Blockierzähne und der Klauenkupplungszähne 15 in Blockiereingriff und verhindern
jede weitere Axialbewegung des Klauenkupplungsteils 14, auch wenn auf diesen eine
erhebliche Kraft ausgeübt wird. Dieser Widerstand gegen Kupplungseingriff bleibt
so lange bestehen, bis die zu verbindenden Teile synchron laufen; in diesem Augenblick
erfolgt eine relative Bewegungsumkehr, die bewirkt, daß der Ring in eine Stellung
gelangt, in der die Blockierzähne mit den Zähnen 16 des Trägers 12 ausgerichtet
sind. In dieser Stellung wird der Einrückbewegung des Teiles 14 kein weiterer Widerstand
entgegengesetzt. Der Teil 14 kann daher in Kupplungseingriff mit den Zähnen 21 oder
22 bewegt
werden, wobei die nachgiebige Verbindung zwischen den
Druckgliedern 41 und der Ringnut 46 des Kupplungsteils 14 gelöst wird.
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Die beschriebene Einrichtung besitzt gegenüber bekannten Getriebesynchronisier-
und Blockiereinrichtungen mehrere Vorteile. Unter anderem üben die Druckglieder
41 mit den ihnen zugeordneten Teilen eine doppelte Funktion aus; einerseits dienen
sie dazu, den Axialdruck von dem Kupplungsglied 14 auf den Ring zu übertragen; anderseits
schaffen sie eine Antriebsverbindung zwischen dem Träger 12 und dem Synchronisierring
derart, daß zwischen diesen Teilen eine geringe Relativverdrehung stattfinden kann.
Bisher war es üblich, am Blockierring feste Ansätze anzuordnen oder Bolzen vorzusehen,
die mit dem Ring und mit dem Träger 12 in Eingriff kommen, um eine solche umlaufende
Antriebsverbindung mit Spiel herzustellen. Eine derartige Bauart erschwert jedoch
nicht nur die Herstellung der Synchronisierringe, sondern bedingt im Falle der vorerwähnten
Ansätze auch einen erheblichen Mehrverbrauch an kostspieligem Baustoff, nämlich
Gußbronze, aus der solche Ringe hergestellt werden.
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Ferner findet bei der neuen Synchronisiervorrichtung als Mittel, um
die Druckglieder 41 radial nach außen gegen das Kupplungsglied 14 zu drücken und
damit eine lösbare Verbindung zwischen den Druckgliedern und dem Kupplungsglied
zu schaffen, ein nachgiebiger Block 47 aus Gummi oder einem anderen nachgiebigen
Baustoff Anwendung, der bei Überbeanspruchungen nicht bricht und durch lose Bruchstücke
die Getriebeteile gefährdet. Wird als Baustoff für das Kissen vulkanisierter Gummi
verwendet, so wird dieser zweckmäßig mit einer Schutzschicht gegen den Angriff von
Schmieröl überzogen.
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Ein weiteres vorteilhaftes Merkmal der Einrichtung ist darin zu sehen,
daß die Druckglieder so angeordnet sind, daß sie sich satt gegen die hinteren Stirnflächen
der Synchronisierringe anlegen. Auf diese Weise ist die Möglichkeit ausgeschlossen,
daß auf einzelne Teile des Ringes, beispielsweise die die Blockierzähne tragenden
Teile, unzulässig hohe Beanspruchungen ausgeübt werden.
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Das Überlappen der ausgesparten Teile des Synchronisier-Blockierringes
und der Druckglieder bedeutet eine erhebliche Verbesserung, da auf diese Weise während
des Synchronisiervorganges ein verhältnismäßig hohes Drehmoment zwischen Träger
und Ring übertragen werden kann. Dieses Merkmal ist insbesondere dann von Bedeutung,
wenn rasch synchronisiert werden soll und ein erheblicher Druck auf die Schaltgabel
17 ausgeübt wird.
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In Fig. 5 ist eine Abänderungsform der Einrichtung nach Fig. i veranschaulicht,
die von letzterer nur insofern abweicht, als an Stelle des nachgiebigen Kissens
47 eine kegelige Druckfeder 50 zur Verwendung kommt. Das innere Ende dieser Federn
legt sich unmittelbar gegen die Bodenwand des Kanals 30, während der obere Federteil
die kegelförmige Einsenkung in dem Druckglied 41 umfaßt. Da das schmälere Ende der
Feder sich auf der Bodenwand des Kanals 3o abstützt, ist die Wahrscheinlichkeit,
daß es sich verschiebt, nur gering; die inneren Wandflächen der kegeligen Vertiefung
des Druckgliedes 41 dienen zur Sicherung des äußeren breiteren Endes der Spiralfeder.
Auch diese Anordnung ist ebenso wie die oben mit Bezug auf die Anwendung eines Radialdruckes
gegen das Druckglied 41 beschriebene Einrichtung baulich einfach gestaltet und kann
leiht in die Synchronisiereinrichtung eingesetzt werden.