DE4224268A1 - Synchronisiereinrichtung für Stufengetriebe von Kraftfahrzeugen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Synchronisiereinrichtung für Stufengetriebe von Kraftfahrzeugen, mit einem lose auf einer Getriebewelle gelagerten Schaltrad, mit einem drehstarr mit dem Schaltrad verbundenen Kupplungskörper, der eine Außenver­ zahnung sowie eine zur Getriebewelle koaxiale, erste Konusfläche aufweist, mit einer Schaltmuffe, die drehstarr, aber axial verschiebbar auf der Getriebewelle angeordnet ist und eine zur Außenverzahnung des Kupplungskörpers komplementäre Innenver­ zahnung sowie eine erste Sperrverzahnung aufweist, mit einem Synchronisierring, der eine zur ersten Konusfläche komplementäre zweite Konusfläche sowie eine zur ersten Sperrverzahnung der Schaltmuffe komplementäre zweite Sperrverzahnung aufweist, wobei der Synchronisierring relativ zur Schaltmuffe zwischen Endlagen begrenzt drehbar ist und die Sperrverzahnungen mit aneinanderlie­ genden Sperrflächen in den Endlagen ein Ineingriffkommen der Außenverzahnung des Kupplungskörpers mit der Innenverzahnung der Schaltmuffe verhindern und erst bei Erreichen der Synchron­ drehzahl und reibschlüssiger Verbindung zwischen Synchronisier­ ring und Kupplungskörper unter Verdrehen des Synchronisierringes relativ zur Schaltmuffe zulassen, und mit Mitteln, die eine relative Verdrehung von Kupplungskörper und Schaltmuffe behin­ dern, wenn bei Synchrondrehzahl und außer Eingriff befindlichen Sperrflächen die reibschlüssige Verbindung durch Einleiten eines Momentes auf den Kupplungskörper gelöst wird.

Eine Synchronisiereinrichtung der vorstehend genannten Art ist aus der EP-PS 0 184 077 bekannt.

Die bekannte Synchronisiereinrichtung beruht auf dem Prinzip der sogenannten "Borg-Warner"-Synchronisierung. Bei einer solchen bekannten Synchronisierung wird beim Einlegen eines Ganges die Schaltmuffe, ausgehend von der neutralen Stellung, axial verschoben. Die Schaltmuffe nimmt bei dieser Axialbewegung einen Synchronisierring mit und drückt diesen gegen einen Gegenkonus des Kupplungskörpers, der drehstarr mit dem Schaltrad des einzulegenden Ganges verbunden ist. Dadurch wird eine reib­ schlüssige Verbindung zwischen Synchronisierring und Kupplungs­ körper hergestellt, die eine Drehzahlangleichung zwischen Welle, Schaltmuffe und Synchronisierring einerseits und Kupplungskörper sowie Zahnrad des einzulegenden Ganges andererseits bewirkt. Dabei wird, solange die Synchrondrehzahl nicht erreicht ist, der Synchronisierring vom Kupplungskörper in Umfangsrichtung gegenüber der Schaltmuffe soweit verdreht, wie es die form­ schlüssige Verbindung zwischen Synchronisierring und Schaltmuffe zuläßt. Dabei werden am Synchronisierring angebrachte Sperr­ flächen in eine Stellung gebracht, in der sie mit entsprechenden Sperrflächen an der Schaltmuffe in Eingriff kommen und ein axiales Verschieben der Schaltmuffe in Richtung auf den Kupp­ lungskörper verhindern. Bei den bekannten Synchronisiereinrich­ tungen sind diese Sperrflächen gewöhnlich an einer Außenver­ zahnung des Synchronisierringes angebracht, die der Außenver­ zahnung des Kupplungskörpers gleicht, während die Gegenflächen an den Enden der Zähne angebracht sind, die die Innenverzahnung der Schaltmuffe bilden. Nach Erreichen der Synchrondrehzahl läßt sich dann die Schaltmuffe an den Sperrflächen des Syn­ chronisierringes vorbei in die Außenverzahnung des Kupplungs­ körpers einschieben.

Solange die Schaltmuffe über ihre Sperrflächen eine Axialkraft auf die zugehörigen Sperrflächen des Synchronisierringes ausübt, wird, je nach Schräge dieser Sperrflächen zur Axialrichtung ein Reibmoment, nämlich das Synchronmoment, ausgeübt. Dieses Synchronmoment bewirkt die bereits erwähnte Drehzahlangleichung des Kupplungskörpers gegenüber dem Synchronisierring und der Schaltmuffe. Wenn nun der Kupplungskörper, im rotierenden System der genannten Elemente betrachtet, gegenüber der Schaltmuffe und dem Synchronring zum Stillstand gekommen ist (im raumfesten System also mit derselben Drehzahl rotiert), so gleiten die genannten Sperrflächen von Schaltmuffe und Synchronisierring aneinander vorbei und die Zähne der Schaltmuffe treten durch die Lücken zwischen den Zähnen des Synchronisierringes hindurch.

In diesem Augenblick wird demnach keine Axialkraft mehr auf den Synchronisierring ausgeübt und damit auch kein Synchronmoment auf den Kupplungskörper.

Aus der eingangs genannten EP-PS 0 184 077 ist nun bekannt, daß in diesem sehr kritischen Augenblick der Synchronisierung ein sogenanntes "Kaltkratzen" auftreten kann. Hierunter versteht man ein Phänomen, das dann auftreten kann, wenn die Getriebe­ elemente bei sehr kaltem Getriebe durch die hohe Viskosität des Getriebeöls stark abgebremst werden. Wenn dies der Fall ist, kann nämlich das mit dem Kupplungskörper verbundene Schaltrad des einzulegenden höheren Ganges starken Bremsmomenten ausgesetzt sein, die daher rühren, daß dieses Rad in sehr kaltem und hochviskosem Getriebeöl läuft. Durch diese starken Brems­ kräfte kann nun das Schaltrad mit dem Kupplungskörper so stark abgebremst werden, daß der Reibschluß zwischen Synchronisierring und Kupplungskörper in dem Augenblick verlorengeht, in dem die Zähne der Schaltmuffe durch die Lücken des Synchronisierringes hindurchtreten und - wie erwähnt - infolgedessen kein Syn­ chronmoment mehr aufgebracht wird. Die durch die Lücken des Synchronisierringes hindurchtretenden Zähne der Schaltmuffe treffen dann nicht mehr auf - im rotierenden System betrachtet - stillstehende Zähne des Kupplungskörpers, sondern vielmehr auf Zähne, die durch die Beendigung des Reibschlusses wieder in Rotation relativ zu Schaltmuffe/Synchronisierring geraten sind, nämlich im Sinne einer Drehzahlverminderung infolge der geschilderten Bremseffekte.

In der EP-PS 0 184 077 wird nun gelehrt, wie man dem Phänomen des "Kaltkratzens" durch eine bestimmte asymmetrische Formgebung zumindest der Zähne der Schaltmuffe begegnen kann.

Es hat sich nun gezeigt, daß ein ähnliches Phänomen aus ganz anderen physikalischen Gründen ebenfalls auftreten kann:

Im modernen Getriebebau für Kraftfahrzeuge, insbesondere Personenkraftwagen, geht man häufig zu immer höheren Antriebs­ leistungen über. Gleichzeitig wird im Interesse einer Reduzierung des Kraftstoffverbrauches angestrebt, die Elemente des Antriebs­ stranges so leicht wie möglich auszulegen. Bei Wellen im Antriebsstrang führt eine Gewichtsverminderung jedoch stets zu einer Verminderung der Querschnittsfläche und damit zu einer Erhöhung der Drehelastizität.

Insbesondere bei Antriebsanordnungen mit Frontmotor und Hinter­ achsantrieb findet man sehr lange Antriebswellen (Kardanwellen) vor, die sich bei hohen Antriebsleistungen und daher hohen Synchronmomenten elastisch verdrehen können. Wird nämlich bei einer Synchronisierung über den betreffenden Synchronisierring ein Synchronmoment aufgebracht, so führt dies zu einer Verdrehung der genannten Antriebswellen im Antriebsstrang, und damit zu einer Energiespeicherung. Diese durch die Drehelastizität der Antriebswellen gespeicherte Energie kann sich nun wieder entladen, wenn vorübergehend das Synchronmoment zu Null wird, wie in dem bereits geschilderten Zustand der Verzahnungen. Auch dann kann es zu einem Lösen des Reibschlusses zwischen Syn­ chronisierring und Kupplungskörper kommen, mit der Folge, daß die durch die Lücken zwischen den Zähnen des Synchronisierringes hindurchtretenden Zähne der Schaltmuffe wiederum auf sich relativ drehende Zähne des Kupplungskörpers treffen.

Auch dieses Phänomen macht sich akustisch durch ein Kratzge­ räusch bemerkbar und sensorisch durch eine pulsierende Kraft am Schalthebel. In der Fachsprache wird dieses Phänomen als "Schwingungskratzen" bezeichnet.

Aus der DE-PS 26 59 448 ist eine weitere Synchronisiereinrichtung für Schaltkupplungen, insbesondere von Schaltgetrieben für Kraftfahrzeuge bekannt. Bei dieser weiteren bekannten Syn­ chronisiereinrichtung sind bestimmte Zähne der Innenverzahnung der Schaltmuffe, die über den Umfang der Schaltmuffe verteilt angeordnet sind, axial in Richtung auf den Kupplungskörper zu verlängert. Der Synchronisierring weist nur in den Bereichen der unverlängerten Zähne der Schaltmuffe Sperrzähne auf und der Bereich der verlängerten Zähne nimmt einen kleineren Sektor ein als der Bereich, in dem der Synchronisierring frei von Sperrzähnen ist.

Auf diese Weise wird bei der bekannten Synchronisiereinrichtung eine Verkürzung des Schaltweges um das Maß der Verlängerung der Zähne der Schaltmuffe erreicht. Da jedoch auch die ver­ längerten Zähne der Schaltmuffe erst dann in formschlüssigen Eingriff mit der Außenverzahnung des Kupplungskörpers kommen können, wenn der Synchronisiervorgang abgeschlossen ist, d. h. wenn die Sperrflächen von Schaltmuffe und Synchronisierring außer Eingriff gekommen sind, kann auch bei dieser bekannten Synchronisiereinrichtung das Phänomen des "Schwingungskratzens" oder des "Kaltkratzens" auftreten, da die verlängerten und die nicht-verlängerten Zähne der Schaltmuffe starr miteinander verbunden sind.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Synchroni­ siereinrichtung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzu­ bilden, daß dieses Schwingungskratzen verhindert oder zumindest deutlich vermindert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Mittel als gegen die Kraft einer Feder axial relativ zur Schaltmuffe verschiebbares Element ausgebildet sind, das der Innenverzahnung in Schaltrichtung der Schaltmuffe voreilt und nach dem Außerein­ griffkommen der Sperrflächen eine drehstarre Verbindung zwischen Schaltmuffe und Kupplungskörper herstellt, bis die Innenver­ zahnung der Schaltmuffe in Eingriff mit der Außenverzahnung des Kupplungskörpers ist.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auf diese Weise vollkommen gelöst.

Dadurch, daß ein gegen Federkraft verschiebbares Element verwendet wird, ist es nämlich möglich, einen weichen Übergang zwischen der Beendigung des Synchronisiervorganges und dem endgültigen Einspuren der Innenverzahnung der Schaltmuffe in die Außenverzahnung des Kupplungskörpers zu erreichen. Dadurch, daß das Element gegen Federkraft verschiebbar ist, kann nämlich durchaus in Kauf genommen werden, daß das Element die drehstarre Verbindung zwischen Schaltmuffe und Kupplungskörper nicht sofort sondern erst mit kurzer Verzögerung herstellt, ohne daß dadurch Phänomene von der Art des "Schwingungskratzens" erzeugt werden.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weisen der Kupplungskörper und das Element jeweils Stirnverzahnungen auf, deren Ineingriffkommen die drehstarre Verbindung zwischen Schaltmuffe und Kupplungskörper herstellt.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß die separat angelegten Stirnverzahnungen es ermöglichen, die Einspurhilfe bzw. Vorzen­ trierung der Schaltmuffe gegenüber dem Kupplungskörper indivi­ duell zu optimieren, indem die Verzahnungen entsprechend ausgelegt werden.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Element als Schieber in der Schiebemuffe geführt.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß eine einfache Konstruktion entsteht, bei der der Schieber als Fangschieber für die Schalt­ muffe relativ zum Kupplungskörper wirkt.

Bei weiteren bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung sind mehrere einzelne Elemente über den Umfang der Synchronisier­ einrichtung verteilt angeordnet.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß nur in begrenzten Umfangs­ bereichen, beispielsweise in Form von drei um jeweils 120° über den Umfang versetzten Elementen bzw. Schiebern die gewünschte Einspurhilfe bzw. Vorzentrierung vorgenommen werden kann, während der gesamte übrige Umfangsbereich zur Drehmomentübertragung ausgenutzt werden kann.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist bevorzugt, wenn das Element eine Stirnverzahnung mit zwei Zähnen in Umfangsrichtung aufweist.

Auch diese Maßnahme hat den Vorteil, daß ein optimaler Kompromiß zwischen der gewünschten Einspurhilfe bzw. Vorzentrierung und den hierfür erforderlichen Umfangsbereichen der zugehörigen Verzahnung gefunden wird.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nach­ stehend noch zu erläuternden Merkmalen nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine graphische Darstellung des Schaltweges s, des Verdrehwinkels R des Antriebsstranges, der Antriebs­ drehzahl n_an sowie der auf die Antriebsdrehzahl n_an bezogenen Abtriebsdrehzahl n*_ab, jeweils für ein Stufengetriebe eines Personenkraftwagens;

Fig. 2 eine Darstellung, im Axialschnitt, durch ein Aus­ führungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Synchroni­ siereinrichtung;

Fig. 3 eine Draufsicht auf die Anordnung gemäß Fig. 2 in der Ebene der Verzahnungen für die Einspurhilfe bzw. Vorzentrierung;

Fig. 4 eine weitere Draufsicht auf die Anordnung gemäß Fig. 2, in der Ebene der Sperr- und Schaltverzah­ nungen;

Fig. 5 bis 11 sieben Phasenbilder in Darstellungen ähnlich einer Kombination der Fig. 3 und 4, zur Erläuterung der Funktion einer erfindungsgemäßen Synchroniserein­ richtung.

In Fig. 1 ist anhand eines Diagrammes mit vier verschiedenen Verläufen ein Schaltvorgang für ein Stufengetriebe eines Personenkraftwagens dargestellt, bei dem sogenanntes "Schwin­ gungskratzen" auftritt.

Bei jedem Synchronisiervorgang in einem Stufengetriebe eines Kraftfahrzeuges muß ein Synchronmoment aufgebracht werden, um die zunächst mit unterschiedlicher Drehzahl umlaufenden Bauteile (Gangschaltrad, Kupplungskörper, Synchronisierring, Schaltmuffe, Schiebemuffe) auf die selbe Drehzahl, d. h. in einen Synchronzu­ stand zu bringen.

Da man für die sehr kurze Dauer eines derartigen Schaltvorganges die Abtriebsdrehzahl, entsprechend der Geschwindigkeit des Fahrzeuges, als konstant annehmen kann, dient die Synchronisie­ rung jeweils zum Vermindern bzw. Erhöhen der Drehzahl des Antriebes (Motors), je nachdem, ob hochgeschaltet oder rückge­ schaltet werden soll.

Das Synchronmoment stützt sich dabei - in Kraftflußrichtung gesehen - über den nach dem Getriebe liegenden Antriebsstrang ab. Da der Antriebsstrang aus drehelastischen Elementen, insbesondere langgestreckten Wellen, besteht, wird der Antriebs­ strang durch das Einleiten des Synchronmomentes verdreht. Das Ausmaß der Verdrehung ist dabei selbstverständlich vom Betrag des aufgebrachten Synchronmomentes abhängig. Je größer das Synchronmoment nämlich ist, desto größer ist auch die Torsion bzw. der Aufziehwinkel am Abtrieb.

In Fig. 1 ist nun mit s der Schaltweg bezeichnet, während R den Verdrehwinkel des Antriebsstranges angibt, der z. B. durch Integration der Drehzahl des Antriebsstranges gewonnen werden kann.

Mit n_an ist in Fig. 1 die Antriebsdrehzahl, d. h. die Eingangs­ drehzahl an der Synchronisiereinheit. n_an ist in Fig. 1 die Antriebsdrehzahl, d. h. die Eingangsdrehzahl an der Synchronisier­ einheit. n*_ab bezeichnet demgegenüber die auf die Antriebsdrehzahl n_an normierte Abtriebsdrehzahl, d. h. die Drehzahl am Ausgang der Synchronisiereinheit.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Hochschaltvorgang wird die Synchronisierung zum Zeitpunkt t₁ eingeleitet. Ab dem Zeitpunkt t₁ fällt die Antriebsdrehzahl n_an ab, da bei einem Hochschaltvor­ gang die Antriebsdrehzahl n_an vermindert werden muß. Die normierte Abtriebsdrehzahl n*_ab vollführt hingegen eine Schwingung, weil der nach dem Getriebe liegende Antriebsstrang infolge der bei t₁ geöffneten Trennkupplung zu schwingen beginnt, da der Antriebsstrang bis zum Öffnen der Trennkupplung durch das Antriebsmoment drehelastisch verspannt war und sich die infolge der Verdrehung gespeicherte Energie bei jetzt geöffneter Trennkupplung in Form einer Drehschwingung bemerkbar macht.

Bei fortschreitender Synchronisierung, die sich durch eine Erhöhung des Schaltweges bemerkbar macht, fällt nun die Antriebs­ drehzahl n_an weiter ab, während die Verspannung des Antriebs­ stranges mit zunehmendem Synchronmoment ebenfalls zunimmt, wie in Fig. 1 durch einen Anstieg des Verdrehwinkels R deutlich erkennbar ist. Die Torsion des Antriebsstranges ist dabei der bereits erwähnten Schwingung überlagert.

Beim zweiten negativen Nulldurchgang der normierten Abtriebs­ drehzahl n*_ab, d. h. zu dem in Fig. 1 eingezeichneten Zeitpunkt t₂ hat der Verdrehwinkel R sein Maximum erreicht. Die Antriebs­ drehzahl n_an hat sich im Zeitpunkt t₂ der normierten Abtriebs­ drehzahl n*_ab angenähert. Die dabei eingenommene absolute Drehzahl muß nicht unbedingt gleich der angestrebten Synchrondrehzahl sein. Infolge der Verspannung des Antriebsstranges um den Winkel R verschiebt sich nämlich die tatsächlich eingenommene Drehzahl gegenüber der gewünschten Synchrondrehzahl, da bekanntlich der Verdrehwinkel R das zeitliche Integral der Drehzahl ist bzw. die Drehzahl der ersten zeitlichen Ableitung des Drehwinkels R entspricht.

Durch die Verzögerung des Abtriebs erfolgt nun über den Reib­ schluß der Synchronisierung und die Momentenübertragung über die Sperrflächen auf die trägen Massen des Radsatzes eine gleichzeitige weitere Verzögerung der Antriebswelle, wie sich auch dem übereinstimmenden Verlauf von n_an und *_ab ab dem Zeitpunkt t₂ bis zu einem Zeitpunkt t₃ in Fig. 1 zeigt. In diesem Zeitinter­ vall zwischen t₂ und t₃ haben An- und Abtriebswelle somit die selbe Drehzahl.

Gleichwohl kann in diesem Zeitintervall noch nicht durchgeschal­ tet werden, da ein starkes Synchronmoment aufgebracht wird, das mit umgekehrtem Vorzeichen einem entsprechend hohen Torsions­ moment entspricht. Dies folgt aus Fig. 1 dadurch, daß zum Zeitpunkt t₃ der Verdrehwinkel R immer noch in der Nähe des Maximums liegt.

Aufgrund dieser Gegebenheiten unterscheidet die Antriebswellen­ drehzahl n_an die zu synchronisierende Drehzahl über einen längeren Zeitraum, wie deutlich aus Fig. 1 zu erkennen ist. Der nach dem Getriebe liegende Antriebsstrang erfährt infolge der fortbestehenden, überlagerten Schwingung nur eine geringere Verzögerung. Dies erkennt man in Fig. 1 ab dem Zeitpunkt t₃ dadurch, daß sich die gestrichelte Kurve für die normierte Abtriebsdrehzahl n*_ab von der durchgezogen eingezeichneten Kurve für die Antriebswellendrehzahl n_an löst und oberhalb dieser verläuft.

Auf diese Weise wird die Abtriebswelle mit einem Mal schneller, weil n*_ab größer wird als n_an. Infolgedessen werden die Sperrflächen zwischen Schaltmuffe und Synchronisierring entlastet, das Drehmoment an der Synchronisierstelle wird zu Null, der Ver­ drehwinkel R fällt schlagartig ab und ein Durchschalten ist möglich.

Da die Antriebswellenzahl n_an jedoch immer noch deutlich unter der zu synchronisierenden Drehzahl liegt und die Schaltmuffe in den Kupplungskörper geschaltet wird, synchronisieren sich Schaltmuffe und Kupplungskörper unmittelbar aneinander über die Kupplungskörperverzahnung, was sich durch eine deutliche Schwingung ab dem Zeitpunkt t₄ in Fig. 1 bemerkbar macht. Erst zum Zeitpunkt t₅ ist die Nachsynchronisierung über die Ver­ zahnungen von Schaltmuffe und Kupplungskörper abgeschlossen. Die zwischen den Zeitpunkten t₄ und t₅ in Fig. 1 bei allen vier Verläufen deutlich zu erkennenden hochfrequenten Schwingungen werden als "Schwingungskratzen" bezeichnet, weil sich dieses Phänomen als Kratzgeräusch bemerkbar macht, ebenso wie als pulsierende Kraft am Schalthebel (vgl. Diagramm s).

Das nachstehend geschilderte Ausführungsbeispiel der Erfindung hat den Zweck, das "Schwingungskratzen" zu vermeiden oder zumindest drastisch zu vermindern.

In Fig. 2 ist mit 10 insgesamt eine Synchronisiereinrichtung bezeichnet. Ein Gangzahnrad bzw. Schaltrad 11 ist mit einem einstückig angeformten Kupplungskörper 12 sowie einer Außenver­ zahnung 13 versehen. Das Gangzahnrad 11 ist lose auf einer Getriebewelle 14 gelagert. Der Kupplungskörper 12 weist eine Außenverzahnung 16 auf, wie dies an sich bekannt ist. Darüber­ hinaus ist der Kupplungskörper 12 mit einer Stirnverzahnung 17 versehen, die in einer Radialebene angeordnet ist. Die Zähne der Stirnverzahnung 17 stehen mit einem axialen Abstand 18 gegenüber den Zähnen der Außenverzahnung 16 vor.

Zur Synchronisiereinrichtung 10 gehört ferner ein Synchroni­ sierring 25 von an sich bekannter Bauart. Der Synchronisierring 25 wirkt mit einer Schaltmuffe 26 über in Fig. 2 nicht darge­ stellte Sperrverzahnungen herkömmlicher Bauart zusammen, die weiter unten anhand von Fig. 4 noch erläutert werden.

Die Schaltmuffe 26 ist ferner mit einer Innenverzahnung 27 als Schaltverzahnung versehen. Die Innenverzahnung 27 ist kom­ plementär zur Außenverzahnung 16 des Kupplungskörpers 12 ausgeführt. Die Schaltmuffe 26 ist in bekannter Art drehstarr mit der Getriebewelle 14 verbunden und zwar beispielsweise über eine bei 29 angedeutete Keilverzahnung.

Zum Synchronisieren der Schaltmuffe 26 mit dem Kupplungskörper 12 des Gangzahnrades 12 wirkt der Synchronisierring 25 über eine Innenkonusfläche 31 und einen beidseitig reibbeschichteten Reibring 30 mit einer Außenkonusfläche 15 zusammen, die an einem Fortsatz des Kupplungskörpers 12 angebracht ist.

Mit Ausnahme der erwähnten Stirnverzahnung 17 am Kupplungskörper 12 ist die in Fig. 2 dargestellte Synchronisereinrichtung 10 insoweit von herkömmlicher Bauart.

In der Schaltmuffe 26 ist nun in Abweichung von herkömmlichen Synchronisiereinrichtungen ein Fangschieber 40 angeordnet, der gegen die Kraft einer Feder 41 axial relativ zur Schaltmuffe 26 verschiebbar ist. Der Fangschieber 40 ist in einer Radialebene mit einer Stirnverzahnung 42 versehen, die komplementär zur Stirnverzahnung 17 am Kupplungskörper 12 ausgeführt ist. Wie man aus Fig. 3 erkennen kann, läuft der Fangschieber 40 in einer Führungsnut 43 der Schaltmuffe 26.

Die federnde Anordnung des Fangschiebers 40 relativ zur Schalt­ muffe 26 ist so gewählt, daß der Fangschieber 40 beim axialen Verschieben der Schaltmuffe 26 mittels der Schaltgabel 28 mitgenommen wird, indem seine Stirnverzahnung 42 in der Dar­ stellung der Fig. 2 axial über die Schaltmuffe 26 vorsteht. Der Fangschieber 40 kann jedoch gegenüber der Axialbewegung der Schaltmuffe 26 auch zurückbleiben und zwar gegen die Kraft der dann entgegenwirkenden Feder 41.

In Fig. 4 sind ergänzend die diversen Schalt- und Sperrver­ zahnungen dargestellt.

So erkennt man zunächst am Kupplungskörper 12 die Außenverzahnung 16, der die komplementäre Innenverzahnung 27 der Schaltmuffe gegenübersteht.

Ferner ist mit 50 die Sperrverzahnung an der Schaltmuffe 26 angedeutet und mit 60 die komplementäre Sperrverzahnung am Synchronisierring 25.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Synchronisiereinrichtung soll nun anhand der insgesamt sieben Phasenbilder der Fig. 5 bis 11 näher erläutert werden.

Fig. 5 zeigt die Ausgangsstellung, in der sich die Schaltmuffe 26 in einer Ruhestellung befindet, weil der zugehörige Gang des Gangzahnrades 11 nicht eingeschaltet ist.

Die Zähne der Sperrverzahnungen 50, 60 an Schaltmuffe 26 bzw. Synchronisierring 25 sind in diesem Zustand voneinander be­ abstandet, d. h., daß zugehörige Sperrflächen 70, 71 an den genannten Verzahnungen 50, 60 einen Abstand voneinander auf­ weisen.

Soll nun der zum Gangzahnrad 11 bzw. zum Kupplungskörper 12 zugehörige Gang eingelegt werden, wird die Schaltmuffe 26 in der Darstellung der Figur nach links ausgelenkt, wie mit Pfeilen 72 in Fig. 6 angedeutet. Die Schaltmuffe 26 bewegt sich dann mit den Schaltzähnen der Innenverzahnung 27 sowie mit der Stirnverzahnung 42 der Fangschieber 40 nach links, bis die Zähne der Sperrverzahnung 50 mit ihren Sperrflächen 71 in Anlage an die Sperrfläche 70 der Sperrverzahnung 60 des Synchronisierringes 25 gelangen.

Die in Richtung der Pfeile 72 über die Schaltgabel 28 ausgeübte Schaltkraft bewirkt nun, übersetzt über die Schräge der Sperr­ flächen 70, 71 ein Drehmoment auf den Synchronring 25, das man auch als Synchronmoment bezeichnet. Das Synchronmoment bewirkt über die Reibbeläge des Reibringes 30 wiederum eine Drehzahlan­ gleichung zwischen der mit dem Gangzahnrad 11 bzw. dem Kupplungs­ körper 12 verbundenen Antriebsseite und der mit der Schaltmuffe 26 bzw. der Getriebewelle 14 verbundenen Abtriebsseite.

Dieser Zustand dauert solange an, bis Synchronlauf hergestellt ist. Der Kupplungskörper 12 befindet sich nun in Gleichlauf mit der Schaltmuffe 26, so daß die genannten Elemente - im rotierenden System betrachtet - zueinander still stehen. Die Sperrflächen 70, 71 gleiten nun aufeinander ab, wie deutlich in Fig. 7 dargestellt. Hierdurch verdreht sich die Schaltmuffe 26 geringfügig gegenüber dem Synchronisierring 25 sowie dem mit dem Synchronisierring 25 reibschlüssig drehstarr verbundenen Kupplungskörper 12, wie mit Pfeilen 73 in Fig. 7 angedeutet.

Stirnseiten 80, 81 der Zähne der Stirnverzahnungen 72 und 17 von Fangschieber 40 bzw. Kupplungskörper 12 haben in diesem Zustand noch einen geringfügigen axialen Abstand voneinander, dieser Abstand kann jedoch konstruktiv soweit wie möglich verkleinert werden.

Fig. 8 zeigt nun den nächsten Zustand, bei dem sich die Schalt­ muffe 26 nochmals geringfügig relativ zu Synchronisierring 25 und Kupplungskörper 12 verdreht hat, wie mit Pfeilen 72 angedeu­ tet. In diesem Zustand liegen die Stirnseiten 80, 81 aneinander.

Wie sich aus der Schräge der Pfeile 73 und 82 in den Fig. 7 und 8 ergibt, handelt es sich bei den dort dargestellten und vorstehend erläuterten Relativbewegungen der Schaltmuffe 26 zum Synchronring 25 jeweils um eine Bewegung, bei der sich eine axiale Verschiebung, nämlich ein Fortschreiten des Schaltvor­ ganges mit einer Relativdrehung überlagern.

Wenn nun der Zustand gemäß Fig. 8 erreicht ist, der bereits einen relativ ungünstigen Fall darstellt, in dem die ebenen Stirnflächen 80, 81 der Außenverzahnungen 17, 42 aufeinanderlie­ gen, so kann der Fall eintreten, daß das Schaltrad mit dem Kupplungskörper 12 weg läuft, weil der drehstarre Reibschluß zwischen Kupplungskörper 12 und Synchronisierring 25 verlorenge­ gangen ist. Dieser Verlust des drehstarren Reibschlusses kann z. B. auf die eingangs ausführlich geschilderten Phänomene zurückgehen.

Geschieht dies, so verdreht sich die Schaltmuffe 26 in aus­ schließlicher Drehbewegung gemäß Fig. 9 gegenüber Synchronisier­ ring 25 und Kupplungskörper 12, wie mit einem Pfeil 83 angedeutet ist. Die Stirnflächen 80, 81 der Außenverzahnungen 17, 42 gleiten dabei in einer Radialebene aufeinander ab.

Da die Schaltkraft, die in dem geschilderten Beispielsfall in der figürlichen Darstellung nach links gerichtet ist, in diesem Falle fortbesteht, führt ein solches Weglaufen des Kupplungs­ körpers 12 relativ zum Synchronisierring 25 lediglich dazu, daß nun die Außenverzahnungen 17, 42 einspuren und zwar über die in Fig. 10 mit einem Pfeil 84 angedeutete Dreh- und Axialbe­ wegung.

Ab dem Zustand gemäß Fig. 10 sind somit Kupplungskörper 12 und Synchronisierring 25 wieder drehstarr miteinander verbunden und zwar durch Formschluß über die Stirnverzahnungen 17 und 42.

Dieses Einspuren der Stirnverzahnungen 17, 42 wird im Normalfall von selbst bewirkt, indem die Stirnflächen 80, 81 zur Radialebene entsprechend angeschrägt werden (nicht dargestellt).

In jedem Falle bewirkt die formschlüssige Verbindung von Kupplungskörper 12 und Schaltmuffe 26 gemäß Fig. 10 auch eine Vorzentrierung, weil sich nun die Schaltzähne der Innenverzahnung 27 an der Schaltmuffe 26 in definierter Lage zu den Lücken zwischen den Zähnen der Außenverzahnung 16 am Kupplungskörper 12 befinden.

Durch eine einfache, abschließende Axialbewegung in Richtung des Pfeiles 85 gemäß Fig. 11 kann nun der Schaltvorgang beendet werden, indem die Zähne der Innenverzahnung 27 an der Schaltmuffe 26 in Eingriff mit den Zähnen an der Außenverzahnung 16 des Kupplungskörpers 12 gelangen.

Die axiale Lage der Zähne der Stirnverzahnung 42 am Fangschieber 40 ändert sich dadurch nicht, der Fangschieber 40 schiebt sich lediglich geringfügig axial gegenüber der Schaltmuffe 26 und zwar gegen die Kraft der Feder 41.

Es versteht sich, daß zahlreiche praktische Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Synchronisiereinrichtung möglich sind.

Besonders bevorzugt ist, wenn in jeder Synchronisiereinrichtung 10 jeweils drei Fangschieber 40 über 120° am Umfang der Syn­ chronisiereinrichtung 10 verteilt angeordnet sind. Wenn die Fangschieber 40 jeweils nur zwei Zähne an der Stirnverzahnung 42 aufweisen, so genügt dies in aller Regel, um das ausführlich geschilderte Einspuren bzw. Vorzentrieren zwischen Schaltmuffe 26 und Kupplungskörper 12 zu bewirken.

Claims (5)

1. Synchronisiereinrichtung für Stufengetriebe von Kraftfahr­ zeugen, mit einem lose auf einer Getriebewelle (14) gelagerten Schaltrad (11), mit einem drehstarr mit dem Schaltrad (11) verbundenen Kupplungskörper (12), der eine Außenverzahnung (16) sowie eine zur Getriebewelle (14) koaxiale, erste Konusfläche (15) aufweist, mit einer Schaltmuffe (26), die drehstarr, aber axial verschiebbar auf der Getriebewelle (14) angeordnet ist und eine zur Außenverzahnung (16) des Kupplungskörpers (12) komplementäre Innenverzahnung (27), sowie eine erste Sperrverzahnung (50) aufweist, mit einem Synchronisierring (25), der eine zur ersten Konusfläche (15) komplementäre zweite Konusfläche (31) sowie eine zur ersten Sperrverzahnung (50) der Schaltmuffe (26) komplementäre zweite Sperrverzahnung (60) aufweist, wobei der Synchronisierring (25) relativ zur Schaltmuffe (26) zwischen Endlagen begrenzt drehbar ist und die Sperrverzahnungen (50, 60) mit aneinanderliegenden Sperrflächen (70, 71) in den Endlagen ein Ineingriffkommen mit der Außenverzahnung (16) des Kupplungskörpers (12) mit der Innenverzahnung (27) der Schaltmuffe (26) verhindern und erst bei Erreichen der Synchrondrehzahl und reib­ schlüssiger Verbindung zwischen Synchronisierring (25) und Kupplungskörper (12) unter Verdrehen des Synchronisier­ ringes (25) relativ zur Schaltmuffe (26) zulassen, und mit Mitteln, die eine relative Verdrehung von Kupplungs­ körper (12) und Schaltmuffe (26) behindern, wenn bei Synchrondrehzahl und außer Eingriff befindlichen Sperr­ flächen (70, 71) die reibschlüssige Verbindung durch Einleiten eines Momentes auf den Kupplungskörper (12) gelöst wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel als gegen die Kraft einer Feder (41) axial relativ zur Schaltmuffe (26) verschiebbares Element ausgebildet sind, das der Innenverzahnung (27) in Schaltrichtung der Schaltmuffe (26) voreilt, und nach dem Außereingriffkommen der Sperr­ flächen (70, 71) eine drehstarre Verbindung zwischen Schaltmuffe (26) und Kupplungskörper (12) herstellt, bis die Innenverzahnung (17) der Schaltmuffe (26) in Eingriff mit der Außenverzahnung (16) des Kupplungskörpers (12) ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kupplungskörper (12) und das Element jeweils Stirnver­ zahnungen (17, 42) aufweisen, deren Ineingriffkommen die drehstarre Verbindung zwischen Schaltmuffe (26) und Kupplungskörper (12) herstellt.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Element als Schieber (40) in der Schaltmuffe (26) geführt ist.

4. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere einzelne Elemente über den Umfang der Synchronisiereinrichtung (10) verteilt angeordnet sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Element eine Stirnverzahnung (42) mit zwei Zähnen in Umfangsrichtung aufweist.