DE102006060534A1

DE102006060534A1 - Synchronisiervorrichtung eines Wechselschaltgetriebes

Info

Publication number: DE102006060534A1
Application number: DE200610060534
Authority: DE
Inventors: Kristina Dipl.-Ing. May; Josef Dipl.-Ing. Schwuger
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2006-12-21
Filing date: 2006-12-21
Publication date: 2008-06-26

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Synchronisiervorrichtung eines Wechselschaltgetriebes mit zumindest einem Synchronring, einem Synchronkörper und einer Schiebemuffe, wobei der Synchronring zumindest einen axial gerichteten Lappen aufweist, wobei der Synchronkörper eine Außenverzahnung mit Verzahnungslücken aufweist und wobei die Lappen in die Lücken eingreifen.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Synchronisiervorrichtung eines Wechselschaltgetriebes mit einem Synchronkörper, der eine Außenverzahnung aufweist, einer Schiebemuffe, die eine Innenverzahnung zum Eingriff mit der Außenverzahnung aufweist und mit einem Gangrad kuppelbar ist, und mit zumindest einem Synchronring, der ein oder mehrere axial gerichtete Lappen aufweist.
Hintergrund der Erfindung
Bei manuellen oder automatisierten Wechselschaltgetrieben ist in der Regel auf einer Zentralwelle ein Synchronkörper mit einer Außenverzahnung angeordnet, wobei die Außenverzahnung mit einer Innenverzahnung einer Schiebemuffe kämmt. Die Verzahnungen sind in Längsrichtung der Getriebewelle ausgerichtet. Die Schiebemuffe ist dabei konzentrisch zum Synchronkörper und auf diesem längsverschieblich angeordnet. Sie wird von einer Schaltgabel in ihrer Bewegung geführt.
Mittels der Schiebemuffe wird eine Gangstufe des Zahnräderwechselgetriebes geschaltet. Durch axiales Verschieben wirkt sie auf einen Synchronring, der wiederum mit dem Gangrad in Wirkverbindung steht. Der Synchronring ist als einzelner Ring mit einer Außenverzahnung versehen, die als Sperrverzahnung ein Durchschalten nur zulässt, sofern ein Gleichlauf erreicht ist. In einer Mehrfachkonussynchronisation sind vor allem für die niedrigen Gangstufen mehrere Synchronringe als Außenring und Innenring – ggf. ergänzt um einen Zwischenring – hintereinander angeordnet, um die hohen Drehmomente sicher übertragen zu können. Damit die Synchronringe sicher geführt werden, weisen sie Mitnehmer oder Lappen auf, mit welchen sie formschlüssig mit den ihnen zugeordneten Bauteilen verbunden sind.
Die Schiebemuffen, Synchronringe und Synchronkörper sind aufgrund ihrer Verzahnung auf den üblichen, spanabhebenden Wegen nur zeit- und kostenintensiv herzustellen. Daher gewinnen Verzahnungen, die in einem Umformprozess ohne wesentliche Zerspanarbeit gefertigt sind, zunehmend für die Herstellung von Kraftfahrzeugteilen an Bedeutung. Umformtechnisch hergestellte Getriebebauteile zeichnen sich durch ein geringes Gewicht der geformten Teile sowie durch eine bessere Ausnutzung des Ausgangsmaterials aus. Des Weiteren benötigen sie nur kurze Zeiten für ihre Herstellung. DE 25 37 495 beschreibt beispielsweise eine Verzahnung, die in relativ dünnwandiges Blech eingeformt wird und dabei ein wellenartig ausgebildetes Keilprofil bildet. Die Enden der Verzahnung sind aneinander befestigt, so dass ein umfangsseitig geschlossener und belastbarer Ring als Schiebemuffe entsteht. Zwischen oder auf den Zähnen von Schiebemuffen sind häufig Ausnehmungen und Nuten angeordnet, die Rastierkonturen für Druckstücke bilden. In diese Rastierungen greifen Sperrbolzen der Synchronisiereinrichtung ein, welche in der Regel durch eine Schraubenfeder vorgespannt sind. Die Schiebemuffe wird dadurch bei nicht geschaltetem Gang in ihrer Neutralstellung arretiert. Die Nuten sind häufig in Richtung der Längsmittelachse der Schiebemuffe ausgerichtet und führen die Druckstücke der Synchronisiereinrichtung. Wird die Schiebemuffe zur Wahl eines Ganges in axiale Richtung verschoben (Vorsynchronisationsprozess), drücken die Druckstücke den Synchronring gegen die Reibkegel des Kupplungskörpers.
DE 35 19 811 beschreibt einen gattungsgemäßen, spanlos hergestellten Synchronring aus Blech. Er weist einen Zahnkranzring oder Ringkörper auf, an dem Anschläge aus Lappen ausgebildet sind, die integral mit diesem verbunden sind. Die Lappen sind in axialer Richtung ausgerichtet und verlaufen tangential zur Oberfläche des Ringkörpers.
Umformtechnisch hergestellte Getriebebauteile sind hervorragend für die Massenfertigung geeignet. Andererseits sind sie aufgrund ihrer verminderten Materialstärke nicht so stark belastbar wie Massivbauteile. Die aus dem Stand der Technik bekannten Synchronisiervorrichtungen sind zudem hinsichtlich ihres Bauraumes nicht optimiert.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine einfach herzustellende Synchronisiervorrichtung zu schaffen, bei der die vorstehend benannten Nachteile beseitigt sind.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch den kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass der Synchronkörper mehrere, durch Lücken voneinander beabstandete Außenverzahnungsabschnitte aufweist, wobei sich die Lappen des Synchronrings in die Lücken erstrecken. Die Lücken sind als freigestellte Flächen der Außenverzahnung durch den Entfall von einzelnen Zähnen gebildet, wobei der Entfall von zwei Zähnen sich als ein guter Kompromiss zwischen Lappengröße und verminderter Drehmomentübertragungsfähigkeit durch Zähnereduktion erwiesen hat. Die Lappen besitzen daher eine größere axiale Länge als die axiale Länge des Konuskörpers des Synchronrings. Die Lappen sind daher als Verdrehsicherung und Positionierung des Synchronrings Bauraum sparend integriert. Die Anzahl der Lappen ist nicht von Bedeutung; als zweckmäßig haben sich jedoch drei um 120° versetzte Lappen erwiesen.
In einer Variante der Erfindung sind die Lappen an dem Konusende mit dem größeren Durchmesser ausgebildet, an dem auch die Sperrverzahnung angeordnet ist. Der Lappen weist axial orientiert zum Synchronkörper. Besonders zweckmäßig ist es, die Außenseiten des Lappens axial parallel gerichtet auszubilden, was aber keine Notwendigkeit darstellt. Jedoch wird die Anzahl der auszusparenden Zähne somit sowohl bei der Sperrverzahnung des Synchronrings als auch bei der Außenverzahnung des Kupplungskörpers minimiert.
In einer weiteren Variante der Erfindung weisen die Lappen Rastierkonturen für Rastelemente auf. Ein derartiges Rastelement kann beispielsweise eine Blattfeder mit verrundeten Enden sein, die fest mit der Schiebemuffe verbunden ist und als Vorsynchronisationselement fungiert. Wird die Schiebemuffe während eines Gangwechsels axial verschoben, so wirken die Federelemente auf den Synchronring. Das Federelement baut sehr flach. In dem mit der Schiebemuffe in Verbindung stehenden Synchronkörper sind deshalb keine tiefen Ausnehmungen erforderlich, um zum Beispiel Druckstücke mit einer Schraubenfeder aufnehmen. Damit sind sowohl dessen Tragkraft und die übertragbaren Drehmomente erhöht, als auch die Herstellung eines derartigen Synchronkörpers wird vereinfacht. Ein weiterer Vorteil ist die kostengünstige Montage im Vergleich zum klassischen Druckstück. Durch das axiale Hervorstehen wird weiterhin das Kippspiel reduziert, und auch die Entlüftung der Synchronisiereinheit kann verbessert werden. Des Weiteren wirken die als Federelemente ausgebildeten Vorsynchronisationselemente beidseitig, d. h. es entsteht bei Belastung eine Federkraft, und beim Auskuppeln erfolgt eine Zwangsentlastung des Synchronaußenrings.
In einer weiteren Variante der Erfindung weisen die Lappen Federaufnahmeelemente auf. Als Federaufnahmeelement dient beispielsweise ein Lappen, der aus drei Nasen ausgebildet ist, die wie der Buchstabe „E" angeordnet sind. Die mittlere Nase dient als führender Kern für eine Schraubenfeder, welche sich an einem Anschlag der Schiebemuffe abstützt. Ein vorteilhafter, weil besonders einfach zu realisierender Anschlag ist ein in Umfangsrichtung ausgebildeter Federsteg, der zwischen zwei Innenverzahnungsabschnitten der Schiebemuffe angeordnet ist. In Neutralstellung greifen alle Nasen in die Lücke der Außenverzahnung des Synchronkörpers ein, sind jedoch von dem Steg beabstandet, so dass eine axiale Bewegung noch möglich ist.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Federn sich zum einen an der Schiebemuffe und zum anderen beim Synchronring in der Ebene der Sperrverzahnung abstützen. Dies maximiert den Federweg, was eine größere Freiheit in der Wahl des Federmaterials und ihrer Form ermöglicht.
In einer weiteren Variante sind die Lappen in Form von Polschuhen ausgebildet. Der Lappen besitzt somit zwei äußere, im wesentlichen parallel und axial ausgerichtete Nasen, die an ihren synchronkörperseitigen Enden jeweils einen zueinander gewandten Vorsprung aufweisen. Die Vorsprünge stellen eine Verliersicherung für eine zwischen ihnen angeordnete Feder dar, die auf einem der Federform angepassten Federaufnahmeelement fixiert ist.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Synchronring sowohl Lappen als Mitnehmer auf, welche die Führung des Synchronringes sicherstellen. In Umfangsrichtung versetzt sind weitere Lappen angeordnet, welche Anschlagflächen für Vorsynchronisationen bilden. Durch die Trennung dieser Funktionen können im Einzelfall die Lappen optimal an ihre Aufgabe angepasst werden.
In einer anderen Ausführungsform weist der Synchronkörper eine Nabe auf, die mit einer Getriebewellenverzahnung mit der Getriebewelle in Eingriff steht.
Radial nach außen ist die Außenverzahnung des Synchronkörpers über einen Steg, der axial eine geringere Breite als die Außenverzahnung und als die Nabe aufweist, stoffschlüssig verbunden. Für einen derartigen Synchronkörper bietet sich besonders eine spanlose Herstellung aus Blech oder die Verwendung einer massiven Scheibe als Steg angeschweißten Blechverzahnungen an. Der Steg in Kombination mit den Lücken auf der Außenverzahnung ermöglichen eine besonders kompakte Bauweise der Synchronisiervorrichtung, da der Konus des Synchronrings aufgrund des Steges näher am Synchronkörper angeordnet werden kann, weil auch die Lappen des Synchronringes mit dem Synchronkörper verschachtelt sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachfolgend anhand mehrerer Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1 eine Explosionsdarstellung einer ersten erfindungsgemäßen Synchronisiervorrichtung mit einer Schiebemuffe, einem Synchronkörper und zwei Synchronaußenringen in perspektivischer Ansicht,
2 einen Querschnitt der Synchronisiereinrichtung nach 1,
3 einen Ausschnitt eines Längsschnittes aus 2 entlang III-III,
4 einen weiteren Ausschnitt eines Längsschnittes aus 2 entlang IV-IV,
5 eine Explosionsdarstellung einer zweiten erfindungsgemäßen Synchronisiervorrichtung mit einer Schiebemuffe, einem Synchronkörper und zwei Synchronaußenringen in perspektivischer Ansicht,
6 einen Querschnitt der Synchronisiereinrichtung nach 5,
7 einen Längsschnitt der Synchronisiervorrichtung aus 6 entlang VII-VII,
8 einen Längsschnitt der Synchronisiervorrichtung aus 6 entlang VIII-VIII,
9 eine Explosionsdarstellung einer dritten erfindungsgemäßen Synchronisiervorrichtung mit einer Schiebemuffe, einem Synchronkörper und zwei Synchronaußenringen in perspektivischer Ansicht,
10 einen Querschnitt der Synchronisiereinrichtung nach 9,
11 einen Längsschnitt der Synchronisiervorrichtung nach 9 entlang XI-XI,
12a–d vergrößerte Darstellungen perspektivischer Ausschnitte von Synchronringen mit verschiedenen Lappenformen.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
In den 1 bis 4 ist mit 1 eine Schiebemuffe bezeichnet, die aus einem durch spanlose Formgebung aus Blech gefertigten Grundkörper 7 und aus zwei rechteckige Querschnitte aufweisenden Ringen 14 besteht. Am Außenumfang des Grundkörpers 7 ist ein Anschlag als radialer Bund 15 angeordnet. Dieser Bund 15 ist umlaufend und umfangsseitig nicht unterbrochen. Die Ringe 14 sind zueinander parallel und symmetrisch zu einer Quermittelebene des Grundkörpers 7 angeordnet, am Bund 15 ausgerichtet und durch einen Preßsitz in ihrer Lage fixiert. Die der Quermittelebene der Schiebemuffe zugewand ten Stirnseiten der Ringe 14 und die Mantelfläche des Bundes 15 bilden die Schaltgabelführung 16.
An seinem Innendurchmesser weist der Grundkörper 7 eine Innenverzahnung 3 auf. Der Grundkörper 7 der Schiebemuffe 1 ist aus einem Schiebemuffengrundband 27, einem geraden, abgelängten Blechstreifen, in den eine Innenverzahnung 3 profiliert wird, gebildet. Die Innenverzahnung 3 ist in drei Verzahnungsabschnitte 19 gegliedert.
Der Bund 15 und die Innenverzahnung 3 sind unmittelbar am Grundkörper 7 ausgebildet. Die Innenverzahnung 3 besteht aus drei Verzahnungsabschnitten 19, welche jeweils durch Federelemente 5 als Vorsynchronisationselemente 4 voneinander beabstandet sind. Die Federelemente 5 liegen innenseitig am Grundkörper 7 an und sind axial orientiert. Ihre Enden weisen Verrundungen 6 auf, über welche die Federelemente 5 mit Rastiernuten 20 zusammenwirken. Die Rundungen betragen etwa 180°, so dass die Federenden 18 zueinander gerichtet sind. Ferner sind die Federelemente 5 axial von den Flanken 17 des Grundkörpers 7 axial hervorstehend ausgebildet.
Die Rastiernuten 20 der mit einer Sperrverzahnung 23 als Außensynchronringe ausgebildeten Synchronringe 10 sind auf Lappen 21 angeordnet, welche zur Indexierung dienen. Die Lappen 21 mit der Rastiernut 20 sind am Außendurchmesser des Synchronrings 10 angeordnet. In diesem Fall sind weitere Lappen 21' am Innendurchmesser des Synchronrings 10 angeordnet. Aus 4 geht hervor, das der Lappen 21' in eine Ausnehmung 30 eines Synchronkörpers 12 eingreift.
Der Synchronkörper 12 weist eine Nabe 26 auf, die über einen Steg 27 mit einer Außenverzahnung 13 verbunden ist. An der Innenseite der Nabe 26 ist eine Getriebewellenverzahnung 25 angeordnet, mittels der der Synchronkörper 12 mit der Getriebewelle (nicht dargestellt) drehfest im Eingriff steht. Die Außenverzahnung 13 weist mehrere Lücken 24 auf, so dass im verbauten Zu stand die auskragenden Federelemente 5 über die Außenverzahnung 13 widerstandsarm verschoben werden können.
Die 5 bis 8 zeigen eine zweite Ausgestaltung der Erfindung. Auf dem Synchronkörper 12 sind jeweils um 120° versetzt Lücken 24 angeordnet, in die radial nach außen versetzt Lappen 21 der Synchronringe 10 eingreifen. Die Lappen weisen in Form des Buchstabens „E" mit etwa gleichartigen Nasen 33, 34 von der Sperrverzahnung 23 des Synchronrings axial in Richtung des Synchronkörpers 12. Die mittlere Nase 34 ist von einer Schraubenfeder 39 umgeben, die sich in der montierten Synchronisiervorrichtung 31 zum einen am Lappenboden 41 (12b) und zum anderen an einem auf der Schiebemuffe 1 ausgebildeten Federsteg 38 abstützt. Der Federsteg 38 kann entweder gemeinsam mit der Innenverzahnung durch Profilieren hergestellt sein, oder aber er wird nachträglich mit der Schiebemuffe 1 verbunden, da er dann leicht mit einer Verliersicherung und/oder mit einer Stegnase für die Schraubenfeder 39 hergestellt werden kann. Die Begrenzung des Verschiebewegs erfolgt durch die Nasen 32, 33, die bei einer Verschiebung der Schiebemuffe 1 auf den Federsteg 38 treffen. Ist dies nicht erwünscht, um diese Bauteile nicht zu überlasten, ist alternativ oder zusätzlich eine Wegbegrenzung durch einen verkürzten Zahn 40 möglich, der mit einem Anschlag, der hier als Durchstellung 37 ausgebildet ist, zusammenwirkt.
9 bis 11 zeigen eine dritte Ausführungsform, wobei Druckstücke 43 in Druckstückaufnahmen 42 des Synchronkörpers 12 angeordnet sind. Die Druckstücke 43 sind gegen die Schiebemuffe vorgespannt und in der Neutralstellung in einer Riegelnut 28 verrastet, die in einem Schiebemuffenzahn ausgebildet ist. Zur Begrenzung des axialen Verschiebeweges dienen Anschläge 36 des Synchronrings 10. Die Lappen 21 übernehmen die Verdrehsicherung und Führung gegenüber dem Synchronkörper und stützen sich an den freigestellten Lücken 24 der Außenverzahnung 13 ab, welche Aufnahmen für die Lappen 21 bilden.
12a bis 12d zeigen vergrößerte Ausschnitte der Lappen 21. In der einfachsten Ausführungsform (12a) ist der Lappen 21 im Wesentlichen rechteckig und um 90° ausgehend von der Konusseite mit dem größeren Durchmesser axial abgewinkelt und in seiner Breite der Lücke 24 angepasst. Der Lappen gemäß 12b weist zwei äußere Nasen 32 und eine mittlere Nase 33 auf. Die äußeren Nasen 32 sind etwas stärker als die mittlere Nase 33 ausgebildet. Die mittlere Nase 33 ist etwas schlanker, so dass die Schraubenfeder 39 um diese als Kern wirkende Nase problemlos angeordnet werden kann. Sie kann auch der Federform angepasst sein, so dass der Schraubenfeder 39 nicht verkippen kann und durch die Nase 33 besonders geführt wird. Die Länge der Nasen 32, 33 ist gleich, so dass sie sich in der geschalteten Endstellung der Schiebemuffe mit ihrer stirnseitigen Anlagefläche 44 gleichmäßig belastet werden, wenn über die Nasen eine Abstützung am Federsteg 38 erfolgt.
Der Lappen gemäß 12c und 12d besitzt äußere Nasen 32 in Form von Polschuhen. Sie sind im Verhältnis zur mittleren Nase 33 sehr breit ausgebildet, und stirnseitig zum Synchronkörper 12 bildet ein Anschlag eine Verliersicherung 35 für das auf die mittlere Nase 33 anzuordnende Federelement 5. Die mittlere Nase ist zylindrisch und von einem Durchmesser, so dass eine runde Schraubenfeder auf diese aufgepresst werden kann. Dieser Lappen weist eine größere Anlagefläche 44 als der Lappen aus 12b auf. Der Lappenboden 41 ist außerdem plan, so dass eine Schraubenfeder sich beidseitig der mittleren Nase gut abstützen kann.

1: Schiebemuffe
2: Zähne
3: Innenverzahnung
4: Vorsynchronisationselement
5: Federelement
6: Verrundung
7: Grundkörper
8: Beschichtung
9: Rastierung
10: Synchronring
11: Steg
12: Synchronkörper
13: Außenverzahnung
14: Ring
15: Anschlag
16: Schaltgabelführung
17: Flanken
18: Federende
19: Innenverzahnungsabschnitt
20: Rastiernut
21: Lappen
21': Lappen
22: Sperrverzahnungsabschnitt
23: Sperrverzahnung
24: Lücke
25: Getriebewellenverzahnung
26: Nabe
27: Schiebemuffengrundband
28: Riegelnut
29: Außenverzahnungsabschnitt
30: Ausnehmung
31: Synchronisiervorrichtung
32: (äußere) Nase
33: (mittlere) Nase
34: Absatz
35: Verliersicherung
36: Anschlag
37: Durchstellung
38: Federsteg
39: Schraubenfeder
40: verkürzter Zahn
41: Lappenboden
42: Druckstückaufnahmen
43: Druckstück
44: Anlagefläche
45: Federaufnahmeelement

Claims

Synchronisiervorrichtung (31) eines Wechselschaltgetriebes mit einem Synchronkörper (12), der eine Außenverzahnung (13) aufweist, einer Schiebemuffe (1), die eine Innenverzahnung (3) zum Eingriff mit der Außenverzahnung (13) aufweist und mit einem Gangrad kuppelbar ist, und mit zumindest einem Synchronring (10), der ein oder mehrere axial gerichtete Lappen (21, 21') aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenverzahnung (13) mehrere, durch Lücken (24) voneinander beabstandete Außenverzahnungsabschnitte (29) aufweist, wobei sich die Lappen (21) des Synchronrings (10) in die Lücken (24) erstrecken.
Synchronisiervorrichtung (31) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Synchronring (10) als Außensynchronring Sperrverzahnungsabschnitte (22) aufweist, welche durch die Lappen (21) voneinander beabstandet sind.
Synchronisiervorrichtung (31) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lappen (21) Rastierkonturen (20) für Rastelemente (9) oder für Rastfedern (4, 5) aufweisen.
Synchronisiervorrichtung (31) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenverzahnung (3) der Schiebemuffe (1) Innenverzahnungsabschnitte (19) aufweist, die durch Anschläge (36) voneinander beabstandet sind.
Synchronisiervorrichtung (31) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschläge (36) als in Umfangsrichtung weisende Federstege (38) ausgebildet sind.
Synchronisiervorrichtung (31) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Synchronring (10) mittels der Lappen (21) mit dem Synchronkörper (12) drehfest verbunden ist.
Synchronisiervorrichtung (31) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lappen (21) ein oder mehrere Federaufnahmeelemente (33) für Federelemente (5, 39) aufweisen.
Synchronisiervorrichtung (31) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente (5, 39) sich in der Axialebene der Sperrverzahnung (23) an dem Synchronring (10) abstützen.
Synchronring (10) einer Synchronisiervorrichtung (31) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Axiallänge der Lappen (21) größer ist als die axiale Konuslänge des Synchronrings.
Synchronring (10) einer Synchronisiervorrichtung (31) nach Anspruch 1 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Lappen (21) jeweils aus drei axial gerichteten Nasen (32, 33) ausgebildet sind.
Synchronring (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Lappen (21) als Polschuhe ausgebildet sind, wobei die Polschuhe zwei äußere, axial gerichtete Nasen (32) aufweisen, die am zum Synchronkörper (12) zugewandten Ende in Umfangsrichtung aufeinander zu weisende Vorsprünge als Verliersicherungen (35) und zwischen sich das Federaufnahmeelement (33) aufweisen.
Synchronring nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Federaufnahmeelement (33) als ein Stift ausgebildet ist, der von einer Schraubenfeder (39) umschlossen ist.