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Die
Erfindung betrifft eine Sperrsynchronisierung gemäß dem einteiligen
Patentanspruch 1.
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Aus „Bohner,
Max, Fachkunde Kraftfahrzeugtechnik, ISBN 3-8085-2066-3, Seiten 396 bis 398" ist bereits eine
Sperrsynchronisierung mit Innensynchronisierung nach dem System
Borg-Warner bekannt.
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Bei
der Sperrsynchronisierung nach dem System Borg-Warner haben der
Synchronring und die Schiebemuffe aufeinander abgestimmte Sperrzähne, über die
die Synchron- und die Entsperrkraft eingeleitet wird. Dabei entsteht
auch an der Schiebemuffe eine Umfangskraft, die sich am Gleichlaufkörper abstützt und
gegebenenfalls die weitere Schaltbewegung hemmen kann. Die Sperrverzahnung
des Synchronringes gleitet beim Einspuren entlang der hinterlegten
Zahnflanken der Schiebemuffe, so dass es auch hier zum Verhaken
kommen kann.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine kostengünstige Sperrsynchronisierung
herzustellen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den
Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst.
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Ein
Vorteil der Erfindung ist, dass die Verschiebung der Schiebemuffe
vom Druckstück
im gesperrten Zustand der Sperrsynchronisierung verhindert wird,
so dass auf eine Sperrverzahnung zur Verhinderung der Schiebemuffenverschiebung
verzichtet wird. Dieser Verzicht auf eine aufwändige Sperrverzahnung geht
mit entsprechenden Kostenvorteilen einher. Mit dem Verzicht auf
Sperrzähne
fällt auch Gefahr
des Verhakens der Sperrzähne.
Es besteht ferner ein größerer Gestaltungsspielraum
bei der Einspurverzahnung an der Schiebemuffe und an den Gang-Zahnrädern.
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Patentanspruch
2 zeigt eine besonders vorteilhafte detaillierte Ausführungsform
der Erfindung. In besonders vorteilhafter Weise wirkt dabei die
Entsperrkraft in radialer Richtung auf die Schiebemuffe und nicht
in Umfangsrichtung.
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Obwohl
gemäß der besonders
vorteilhaften Ausgestaltung gemäß Patentanspruch
2 infolge der zweiten Funktionsflächenpaarung eine zusätzliche Drehspielbegrenzung
(Indexierung) nicht mehr notwendig ist, kann in besonders vorteilhafter
Weise eine zusätzliche
Drehspielbegrenzung vorgesehen sein, die ein Abtauchen des radial
verschieblichen Druckstückes
unter den Synchronring verhindert.
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Das
Druckstück
kann in einer kompakten Montageeinheit mit einem Käfig und
einer Feder ausgeführt
sein.
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Die
Feder kann eine Mehrfachfunktion erfüllen. So kann die Feder in
einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung eine Vorsynchronkraft
begrenzen. Dabei ergibt sich die Höhe dieser Vorsynchronkraft
aus
- – der
Schaltkraft,
- – der
Federvorspannung,
- – der
Federrate,
- – dem
Federhub, der für
das Austauchen des Druckstücks
aus einer Innenringnut an der Schiebemuffe erforderlich ist,
- – dem
Winkel und dem Reibwert an der zweiten Funktionsflächenpaarung.
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Ferner
kann die Schiebemuffe mittels der Feder in der Neutralstellung gehalten
werden. Ferner kann der Schaltkraftverlauf beim Schalten von der Neutralstellung
in eine eingerückte
Endstellung und umgekehrt beeinflusst werden. So kann die Feder
die Schiebemuffe auch in den beiden möglichen Endstellungen halten.
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Die
Feder kann insbesondere als Schraubendruckfeder oder als Blattfeder
ausgeführt
sein.
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Weitere
Vorteile der Erfindung gehen aus den weiteren Patentansprüchen, der
Beschreibung und der Zeichnung vor.
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Die
Erfindung ist nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert.
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Dabei
zeigen:
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1 in
einer perspektivischen Ansicht eine geschnittene Sperrsynchronisierung,
die eine Montageeinheit mit einem Druckstück umfasst,
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2 die
Montageeinheit mit dem Druckstück
aus 1 als Einzelteil,
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3 einen
Ausschnitt aus der geschnitten dargestellten Sperrsynchronisierung,
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4 in
einer anderen Ansicht einen Ausschnitt aus der geschnitten dargestellten
Sperrsynchronisierung, wobei sich ein Sperrkeil des Druckstücks in einer
Stellung befindet, in welcher dieser umfangsmäßig mittig zwischen zwei Anlageflächen von
einem Zungenpaar des Synchronrings angeordnet ist,
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5 einen
Ausschnitt aus der geschnitten dargestellten Sperrsynchronisierung,
wobei der Sperrkeil des Druckstücks
einseitig an einer Anlagefläche
einer Zunge des Zungenpaares anliegt,
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6 die
Sperrsynchronisierung in einer Ansicht entlang deren Rotationsachse
und
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7 die
Sperrsynchronisierung in einer entlang Linie VII-VII aus 6 geschnittenen
Darstellung.
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1 zeigt
in einer perspektivischen Ansicht eine geschnittene Sperrsynchronisierung
in einer Neutralstellung. Diese Sperrsynchronisierung umfasst einen
ringförmigen
innenverzahnten Gleichlaufkörper 1.
Dessen Innenverzahnung 2 greift in eine Außenverzahnung
einer nicht näher
dargestellten Getriebewelle und stellt somit eine drehfeste Well-Nabe-Verbindung
mit der Getriebewelle her. Eine senkrecht auf der Zeichnungsebene
von 6 stehende Rotationsachse 38 dieser Getriebewelle soll
im Folgenden die Bezugsachse für
die Begriffe „axial" und „radial" darstellen, soweit
nicht explizit eine andere Achse als Bezugsachse genannt ist. Der ringförmige Gleichlaufkörper 1 weist
ein doppel-T-förmiges
Profil auf und trägt
an dessen untere Balken radial innen die besagte Innenverzahnung 2.
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Hingegen
trägt der
Gleichlaufkörper 1 an
einem parallel zum unteren Balken liegende obere Balken eine Außenverzahnung 3 zur
axialen Führung
einer Schiebemuffe 4. Dazu weist die ringförmige Schiebemuffe 4 radial
innen eine Innenverzahnung 5 auf, welche in die Außenverzahnung 3 des
Gleichlaufkörpers 1 eingreift,
so dass auch eine drehfeste Verbindung zwischen dem Gleichlaufkörper 1 und der
Schiebemuffe 4 hergestellt ist. Radial außen läuft eine
Ringnut 6 um die Schiebemuffe 4 um, so dass diese
beispielsweise mittels einer Schaltschwinge oder Schaltgabel axial
verschieblich ist.
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Wie
in Verbindung mit 6 ersichtlich ist, weist der
Gleichlaufkörper 1 drei
gleichmäßig am Umfang – d.h. in
einem Winkel von 120° – verteilte Ausnehmungen
auf, in die Montageeinheiten 7 eingesetzt sind. Jede Montageeinheit 7 umfasst
ein Druckstück 10 aus
gehärtetem
Stahl, einen Käfig 8 aus
Blech und eine Schraubendruckfeder 9. In den umfangsmäßigen Positionen
der Ausnehmungen bzw. der Montageeinheiten 7 sind axial
beidseitig Vertiefungen 37 in den unteren Balken des doppel-T-förmigen Profils
eingeformt.
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2 zeigt
eine solche Montageeinheit 7 als Einzelteil. Das Druckstück 10 ist
in dem Käfig 8 aufgenommen.
Dazu erstrecken sich annähernd
radial zwei Führungsschienen 11,
die parallel zueinander ausgerichtet sind. Die beiden Führungsschienen 11 sind
am radial inneren Ende mit einem unteren Bügel 12 verbunden.
Hingegen sind die beiden Führungsschienen 11 am
radial oberen Ende mit zwei oberen Bügeln 13, 14 verbunden.
Das Druckstück 10 weist korrespondierend
zu den beiden Führungsschienen 11 jeweils
U-förmige
Führungsbereiche
auf, die an drei Seiten jeder Führungsschiene 11 anliegen,
so dass das Druckstück 10 in
der Montageeinheit 7 beidseitig radial geführt ist.
Die beidseitige Führung schließt ein Verkippen
bzw. Verkanten des Druckstückes 10 aus.
Am oberen Ende laufen die beiden oberen Bügel 13 und 14 in
beide Umfangsrichtungen in ausgestellten Kragen 15, 16 aus.
Dies Kragen 15, 16 liegen radial außen auf
dem Gleichlaufkörper 1 auf, so
dass der Käfig 8 in
die radial nach innen weisende Richtung am Gleichlaufkörper 1 abgestützt ist
bzw. auf diesem aufliegt. In jeden Kragen 15 bzw. 16 sind Nuten 17 eingestanzt,
die mit den Schenkeln der besagten U-förmigen Führungsbereiche fluchten, so dass
das Druckstück 10 soweit über eine
Ebene der oberen Bügel 13, 14 hinaus
verschieblich ist, wie dies zwei Sperrkeile 18 zulassen,
die axial beidseitig an dem Druckstück 10 angeordnet sind.
Die Sperrkeile 18 laufen nach innen zu, wobei der sich
dabei bildende Winkel seinen Scheitelpunkt nicht zwangsläufig auf
der Rotationsachse 38 haben muss. Somit bilden sich schräge Anschlagflächen 43, 44. Über die
obere Ebene der oberen Bügel 13, 14 ragt
das als Nocken 19 ausgeformte radial äußere Ende des Druckstückes 10 hinaus.
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Wie
in 1 ersichtlich ist, liegt der Nocken 19 unter
der Vorspannung der Schraubendruckfeder 9 innerhalb einer
Innenringnut 20 an der Schiebemuffe 4 an. Die
Innenringnut 20 weist schräge Nutwände auf, an denen die ebenfalls
schrägen
Außenflächen des
Nockens 19 anliegen. Damit bildet sich eine erste angeschrägte Funktionsflächenpaarung 45 bzw.
eine Rastverbindung. In der 1 ist die
Schiebemuffe 4 in der eingerasteten Neutralstellung dargestellt.
In die axial von der Innenringnut 20 weg weisenden Richtungen
ist jeweils eine Rastkontur 39, 40 eingearbeitet,
welche die aus der Neutralstellung verschobene Schiebemuffe 4 mit
einer geringen Kraft axial in die beiden eingerückten Endstellungen zieht.
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Zur
Herstellung der besagten Vorspannung ist die Schraubendruckfeder 9 in
einer radial ausgerichteten zylindrischen Ausnehmung angeordnet
und stützt
sich einerseits an dem unteren Bügel 12 des Käfigs 8 ab.
Andererseits stützt
sich die Schraubendruckfeder 9 an der Unterseite des Nockens 19 ab. Der
untere Bügel 12 liegt
dabei am Grund der besagten Ausnehmung für die Montageeinheit 7 auf.
Infolge der mehrfachen Anlage des Käfigs 8 am Gleichlaufkörper 1 stützt sich
das Druckstück 10 mittels
der Schraubendruckfeder 9 radial funktionell einerseits an
der Schiebemuffe 4 und andererseits an dem Gleichlaufkörper 1 ab.
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Die
beiden oberen Brücken 13, 14 des
Käfigs 8 sind
in der dargestellten Neutralstellung in beiden axialen Richtungen
um ein Maß X
von zwei symmetrisch angeordneten Synchronringen 21, 22 beabstandet.
Die beiden Synchronringe 21, 22 weisen keine Sperrverzahnung
auf. Die Synchronringe 21, 22 weisen auf deren
Innenseite konische Reibflächen 23, 24 und
nach innen gerichtet Zungen auf. Die konischen Reibflächen 23, 24 sind
axial gesehen auf der Außenseite
der Sperrsynchronisierung angeordnet, so dass sie in Eingriff mit
nicht näher
dargestellten korrespondierenden Reibflächen von Gang-Zahnrädern bringbar
sind. Diese Gang-Zahnräder
sind als Losräder
ausgeführt.
Die besagten Zungen sind im Anschluss an die Reibflächen 23, 24 axial
gesehen auf der Innenseite der Sperrsynchronisierung angeordnet.
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Aus 1 in
Verbindung mit 6 ist ersichtlich, dass insgesamt
neun Zungen gleichmäßig am Umfang
verteilt sind, von denen drei Zungenpaare 25, 26, 27 Anlageflächen 28, 29, 30, 31, 32, 33 für die besagten
Sperrkeile 18 der Druckstücke 10 bilden, wohingegen
drei weitere Zungen 34, 35, 36 als zusätzliche
Drehspielbegrenzung gegenüber
dem Gleichlaufring 1 fungieren.
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Im
Folgenden wird die Funktion der Sperrsynchronisierung bei der Axialverschiebung
der Schaltmuffe 4 in die eine Richtung in die eine Endstellung
erläutert:
Dabei
wird die Schaltmuffe 4 in die auf ein Gang-Zahnrad weisende
Richtung verschoben. Infolge des Eingriffs des Nockens 19 in
die Innenringnut 20 wird das Druckstück 10 gemeinsam mit
der der Schiebemuffe 4 bewegt. Das Druckstück 10 schiebt den
Synchronring 21 bzw. 22 über eine Anlagefläche 41 bzw. 42 vor
sich her, bis dessen konische Reibfläche 23 bzw. 24 großflächig Kontakt
mit der besagten korrespondierenden Reibfläche des Gang-Zahnrades hat.
Dabei wirkt dann eine Vorsynchronkraft, so dass das Gang-Zahnrad
infolge reibender Mitnahme den Synchronring 21 bzw. 22 verdreht.
Die Verdrehung erfolgt soweit, bis die drei Sperrkeile 18 einseitig
mit deren Anschlagfläche 43 bzw. 44 an
den drei entsprechenden Anlageflächen 28, 30, 32 bzw. 29 31, 33 zum
Anschlag kommen. In der einen Drehrichtung bilden sich aus den Anschlagflächen 43 und
den drei entsprechenden Anlageflächen 28, 30, 32 zweite Funktionsflächenpaarungen 46.
In der anderen Drehrichtung bilden sich aus den Anschlagflächen 44 und den
drei entsprechenden Anlageflächen 29 31, 33 dritte
Funktionsflächenpaarungen 47,
wie dies auch in 5 ersichtlich ist. Diese Funktionsflächenpaarungen 46 bzw. 47 sperren
die weitere Verschiebung der Druckstücke 10 radial nach
innen. Diese Sperrung sperrt die weitere Axialverschiebung der Schiebemuffe 10,
da diese nicht die Druckstücke 10 nach innen
zu verschieben vermag. Während
der folgenden Synchronzeit wirkt über die kegelige Kontaktfläche an der
Reibflächenpaarung
zwischen der Reibfläche 23 bzw. 24 und
der korrespondierenden Reibfläche
des Gang-Zahnrades eine kraftverstärkte Reibmomentübertragung,
bis der Synchronring 21 bzw. 22 und damit auch
die Getriebewelle annähernd die
Drehzahl des Gang-Zahnrades erreicht hat. Mit sinkender Drehzahldifferenz
sinkt auch die Normalkraft an den zweiten Funktionsflächenpaarungen.
Bei nahezu gleicher Drehzahl ist es somit möglich, die Schiebemuffe 4 in
die Endstellung auf das Gang-Zahnrad zu verschieben, wobei das Druckstück 10 radial
nach innen gedrückt
wird und den Synchronring verdreht. Infolge von Dachschrägen an den
axialen Enden der Innenverzahnung 5 spurt diese in die
nicht näher
dargestellte Außenverzahnung am
Gang-Zahnrad ein, welche ebenfalls Dachschrägen an den axialen Enden aufweist,
welche der Schiebemuffe 4 zugewandt sind. Damit ist über den Gleichlaufkörper 1 und
die Schiebemuffe 4 eine formschlüssig drehfeste Verbindung zwischen
der Getriebewelle und dem Gang-Zahnrad hergestellt.
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Die
Funktion der Sperrsynchronisierung bei Axialverschiebung der Schaltmuffe 4 in
die entgegengesetzte Richtung in die andere Endstellung erfolgt analog.
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Ob
die zweite Funktionsflächenpaarung 46 oder
die dritte Funktionsflächenpaarung 47 zur
Anlage kommt ist auch davon abhängig,
ob Hochschaltungen oder Rückschaltungen
durchgeführt
werden.
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3 zeigt
einen Ausschnitt aus der geschnitten dargestellten Sperrsynchronisierung.
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4 zeigt
einen Ausschnitt aus der geschnitten dargestellten Sperrsynchronisierung,
wobei sich der Sperrkeil 18 des Druckstücks 10 in einer Stellung
befindet, in welcher dieser umfangsmäßig mittig zwischen den beiden 30, 31 Anlageflächen von dem
Zungenpaar 26 angeordnet ist.
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5 zeigt
einen Ausschnitt aus der geschnitten dargestellten Sperrsynchronisierung,
wobei der Sperrkeil 18 des Druckstücks 10 einseitig an
der Anlagefläche 30 einer
Zunge des Zungenpaares 26 anliegt.
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6 zeigt
die Sperrsynchronisierung in einer Ansicht entlang deren Rotationsachse 38 und 7 zeigt
die Sperrsynchronisierung in einer entlang einer Linie VII-VII aus 6 geschnittenen
Darstellung.
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Die
Funktion der drei weiteren das Drehspiel begrenzenden Zungen 34, 35, 36 ist
es, zu verhindern, dass die Sperrkeile 18 radial unter
die drei Zungenpaare 25, 26, 27 tauchen
und nach Verdrehung eines Synchronringes 21 bzw. 22 nicht
mehr in der korrekten Umfangsstellung auftauchen. Wird die Tiefe
der besagten Vertiefungen 37 so gewählt, dass ein abtauchen unter
die Zungenpaare 25, 26, 27 ausgeschlossen
ist, so kann auf die das Drehspiel begrenzenden Zungen 34, 35, 36 verzichtet
werden.
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Die
Sperrsynchronisierung kann auch mehr als drei Druckstücke aufweisen.
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Der
Käfig aus
Blech kann alternativ auch aus Draht oder Kunststoff gefertigt sein.
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Für die Formgebung
des Druckstückes
sind beliebige Formen denkbar, die die dargestellte Sperr- und Freigabefunktion
erfüllen.
In einer extremen alternativen Ausgestaltung weist das Druckstück anstelle
des Nockens eine Vertiefung auf, in die ein radial nach innen gerichteter
Vorsprung auf der Innenseite der Schiebemuffe anstelle der besagten
Innenringnut eingreift.
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Um
die Montage der besagten Montageeinheit zu vereinfachen, kann der
Käfig geteilt
sein. Beispielsweise kann der untere Bügel 12 an einer Stelle unterbrochen
sein, wobei diese Stelle eine hinterschnittene Verbindung ähnlich einer
Schwalbenschwanzführung
aufweist. Ebenso sind andere Clipsverbindungen denkbar. Der Käfig kann
auch in zwei separate Teile aufgeteilt sein, die nach Einbau des Druckstückes und
der Feder miteinander verbunden werden.
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Neben
dem Werkstoff „gehärteter Stahl" sind auch andere
Werkstoffe für
das Druckstück
denkbar. Beispielsweise sind auch Sinterwerkstoffe denkbar oder
das Druckstück
kann auch im MIM-Verfahren preisgünstig hergestellt werden.
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Bei
den beschriebenen Ausführungsformen handelt
es sich nur um beispielhafte Ausgestaltungen. Eine Kombination der
beschriebenen Merkmale für
unterschiedliche Ausführungsformen ist
ebenfalls möglich.
Weitere, insbesondere nicht beschriebene Merkmale der zur Erfindung
gehörenden
Vorrichtungsteile, sind den in den Zeichnungen dargestellten Geometrien
der Vorrichtungsteile zu entnehmen.