Synchronisiereinrichtung

Die Erfindung betrifft eine Synchronisiereinrichtung für ein Schaltgetriebe und ein Verfahren zum Schalten eines Gangrades mit mindestens einem Synchronring, welcher

zwischen einem Synchronträgerkörper und dem Gangrad angeordnet ist.

Synchronisiereinrichtungen in Schaltgetrieben von Fahrzeugen dienen zum Anpassen unterschiedlicher Drehzahlen einer Getriebeeingangswelle und einer Getriebeausgangswelle beim Schalten. Beim Stand der Technik ist in einer Synchronisiereinrichtung ein äußerer Synchronring formschlüssig mit einem Synchronkörper verbunden und greift beispielsweise über Mitnehmernasen, die an seiner im Durchmesser kleineren Seite ausgebildet sind, in Aussparungen eines inneren Synchronringes. Synchronringe sind in der Regel konisch ausgebildete Reibringe mit Reibflächen an ihren Innenmantelflächen und / oder ihren Außenmantelflächen. Während des Synchronisiervorganges stehen die Reibflächen der Synchronringe miteinander reibschlüssig in Verbindung. Derartige Synchronisiereinrichtungen bestehen aus vielen Einzel- teilen und weisen aufgrund von Kontaktnahme zwischen den Teilen erhebliche Schleppmomente auf, insbesondere wenn die sich berührenden Teile unterschiedliche Drehzahlen aufweisen.

Die DE 10 2008 047 484 A1 zeigt eine Synchronisiereinrichtung eines Zahnräderwechselge- triebes, mit der mindestens ein Gangrad relativ zu einer Welle wahlweise drehbar gehalten oder drehfest geschaltet werden kann, wobei die Synchronisiereinrichtung zur Drehzahlangleichung und Drehmomentübertragung zwischen Gangrad und Welle eine Schiebemuffe um- fasst, die relativ zu einem die Schiebemuffe tragenden Synchronträgerkörper drehfest jedoch axial verschiebbar gelagert ist. Zwischen der Schiebemuffe und dem Gangrad ist mindestens ein Synchronring axial verschiebbar gelagert und mittels der Schiebemuffe in formschlüssigen Eingriff mit einer Verzahnung am Gangrad bringbar angeordnet. Zur Verringerung von Schleppmomenten ist es vorgesehen, dass sowohl der mindestens eine Synchronring, als auch der Synchronträgerkörper jeweils Mitnehmer aufweisen, die an ihren gemeinsamen Kontaktstellen Schrägen aufweisen, so dass eine Drehung des Synchronträgerkörpers relativ zum Synchronring eine Beabstandung der beiden Teile bewirkt. Die DE 10 2008 047 483 A1 zeigt eine Synchronisiereinrichtung eines Zahnräderwechselgetriebes mit der mindestens ein Gangrad relativ zu einer Welle wahlweise drehbar gehalten oder drehfest geschaltet werden kann, wobei die Synchronisiereinrichtung zur Drehzahlangleichung und Drehmomentübertragung zwischen Gangrad und Gangwelle eine Schiebemuffe aufweist, die relativ zu einem die Schiebemuffe tragenden Synchronträgerkörper mit der Welle drehfest oder axial verschiebbar gelagert ist. Zum Schalten des Gangrades sind zwei koaxial ineinander gelagerte Synchronringe vorgesehen, die durch die axiale Schiebebewegung der Schiebemuffe im formschlüssigen Eingriff mit einer Verzahnung am Gangrad bringbar angeordnet sind. Zur Verminderung von Schleppmomenten weisen die Synchronringe jeweils an ihren gemeinsamen Kontaktstellen Schrägen auf, die bei einer Relativverdrehung der beiden Synchronringe zueinander die Synchronringe in entgegengesetzten axialen Richtungen voneinander beabstanden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Synchronisiereinrichtung für ein Schaltgetriebe und ein Verfahren zum Schalten eines Gangrades zu schaffen, welche mindestens einen Synchronträgerkörper, eine Schaltmuffe, ein Gangrad und mindestens einen Synchronring aufweisen, dessen Schleppmomente im ungeschalteten Zustand minimal sind.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 6 gelöst.

In vorteilhafter Ausgestaltung weist der Synchronträgerkörper schaltbare Fangzähne auf, die zur Beschleunigung des Synchronringes seitlich hervortreten und in Reibkontakt mit Fangzähnen des Synchronringes gelangen. Es ist ein besonderer Vorteil der Erfindung, dass der Synchronring, der beim Stand der Technik über Mitnehmer mit einem Synchronkörperträger der Synchronisiereinrichtung formschlüssig verbunden ist, erfindungsgemäß im ungeschalteten Zustand des Gangrades frei drehbar angeordnet ist. Durch diese Maßnahme gleicht sich die Drehzahl des Synchronringes der Drehzahl des Gangrades bzw. des Konuskörpers an, wodurch Schleppmomente zwischen den Synchronringen, insbesondere zwischen Synchronträgerkörper, Schiebemuffe und dem Gangrad vermindert oder sogar fast vollständig vermieden werden.

Besonders vorteilhaft ist insbesondere auch eine Geräuschreduzierung, die konstruktiv dadurch erreicht wird, dass der Außensynchronring nur noch axial gerichtete Anschlagflächen zum Synchronträgerkörper aufweist, wogegen die Mitnehmer im Stand der Technik auch radiale Kontaktstellen zwischen Synchronring und Synchronträgerkörper aufweisen. Beim Schaltvorgang, nämlich dem Kuppeln des Gangrades an den Synchronträgerkörper bzw. die Schiebemuffe, muss der Synchronring zunächst auf die Drehzahlgeschwindigkeit der Schiebemuffe gebracht werden. Zu diesem Zweck weist der Synchronträgerkörper in vorteil- hafter Weise ausgebildete Fangzähne auf, welche bei einer axialen Schaltbewegung der Schiebemuffe mit Fangzähnen des Synchronringes in Kontakt gelangen und diesen auf die Drehzahl des Synchronträgerkörpers beschleunigen, bevor dieser durch die Schiebemuffe axial so weit verschoben wird, bis der Synchronring durch Kontakt mit der Reibfläche des Gegenkonus die gleiche Drehzahl aufweist und somit ein Durchschalten der Schiebemuffe mög- lieh ist.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Schaltbewegung der Fangzähne des Synchronträgerkörpers durch ein zur Mittenzentrierung der Schiebemuffe vorgesehenes Druckstück erzeugt. Hierbei wird die Radialbewegung des Druckstückes dazu benutzt, über Schrägen eine Axialbewegung der Fangzähne zu erzeugen. Diese erfolgt gegen die Kraft einer Druckfeder, welche die Fangzähne bei Druckentlastung wieder aus dem Eingriff mit den Fangzähnen des Synchronringes zurückzieht.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Ein Ausführungsbeispiel ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im Folgenden beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 eine Synchronisiereinrichtung eines Schaltgetriebes im Schnitt in schematischer Dar- Stellung.

Fig. 2a eine Draufsicht auf die Verzahnung des Synchronringes und die Fangzähne des Synchronträgerkörpers in geschaltetem Zustand als Abwicklung in der Zeichenebene. Fig. 2b eine Draufsicht auf die Verzahnung des Synchronringes und die Fangzähne des Synchronträgerkörpers in ungeschaltetem Zustand als Abwicklung in der Zeichenebene.

Fig. 3 einen Schnitt durch ein Druckstück mit Fangzähnen des Synchronträgerkörpers. Eine Synchronisiereinrichtung 1 eines durch ein Gangrad 2 dargestelltes Schaltgetriebe weist gemäß Fig. 1 einen Synchronträgerkörper 3 auf, welcher eine Getriebewelle 4 formschlüssig umschließt. Das Gangrad 2 ist über ein Lager 6 drehbar auf der Getriebewelle 4 angeordnet. Das Gangrad 2 weist einen Kupplungskörper 7 auf, welcher fest mit dem Gangrad 2 verbunden ist. Der Synchronträgerkörper 3 weist an seinem Außenumfang eine Außenverzahnung 8 zur drehfesten Aufnahme einer Innenverzahnung 9 einer Schiebemuffe 1 1 auf, welche ge- genüber dem Synchronträgerkörper 3 drehfest jedoch in axialer Richtung verschiebbar angeordnet ist. In einem Zwischenraum zwischen dem Synchronträgerkörper 3 bzw. der Schiebemuffe 1 1 und dem Kupplungskörper 7 ist ein Synchronring 14 frei drehbar angeordnet. Der Synchronring 14 besteht im Wesentlichen aus einem Stirnrad an welchem sich ein Konus 15 anschließt. Der Konus 15 des Kupplungskörpers 7 und der Synchronring 14 weisen jeweils zusammenwirkende Reibflächen 16 auf.

Der Kupplungskörper 7 weist an seinem Außenumfang eine Sperrverzahnung 12 und der Synchronring 14 weist an seinem Außenumfang eine Sperrverzahnung 17 auf. Bei einem Schaltvorgang spurt die Innenverzahnung 9 der Schiebemuffe 1 1 in die Sperrverzahnungen 12 und 17 ein. In einer Mittenposition der Schiebemuffe 1 1 gegenüber dem Synchronträgerkörper 3, z. B. im Leerlauf, ist die Schiebemuffe 1 1 mittels eines im Synchronträgerkörper 3 angeordneten federbelasteten Rastmittels 13 arretiert.

Der Konus 15 des Synchronringes 14 weist stirnseitig, dem Synchronträgerkörper 3 zuge- wandt, an seinem Umfang verteilt Fangzähne 18 auf.

Den Fangzähnen 18 sind stirnseitig gegenüberliegend schaltbare Fangzähne 19 des Synchronträgerkörpers 3 angeordnet. Die Fangzähne 19 sind gemäß Fig. 2a, 2b durch geeignete Stellmittel 21 seitlich aus der Peripherie des Synchronträgerkörpers 3 heraus bewegbar ange- ordnet.

Beim Schaltvorgang kontaktieren die Stirnseiten der Fangzähne 19 des Synchronträgerkörpers 3 zunächst die Stirnseiten der Fangzähne 18 des Synchronringes 14 und versetzen den Synchronring 14 in Drehung, bis die Fangzähne 19 in eine zwischen zwei Fangzähnen 18 an- geordnete Aufnahme 24 formschlüssig eingreifen können. Vorzugsweise sind die Stirnseiten der Fangzähne 18, 19 mit einem Reibbelag 22, 23 versehen.

Als Stellmittel 21 zum Schalten der Fangzähne 19 des Synchronträgerkörpers 3 dient bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 das Rastmittel 13, welches beim Schalt- Vorgang durch die Schiebemuffe 1 1 gegen die Kraft vorgesehener Federmittel 26, 27, 28 radial nach innen gedrückt wird. Das Rastmittel 13 besteht im Wesentlichen aus einem zylinder- förmigen Rastbolzen 29 mit einem Kugelkalottenkopf 31 und einem konusförmigen Ende 32. Das konusförmige Ende 32 weist Schrägen 33 auf, die in Kontakt mit einer Schräge 34 eines federbelasteten Stellbolzens 36 stehen, der an seinem der Schräge 34 entgegengesetzten Ende die Fangzähne 19 trägt. Das Ende 32 des Rastbolzens 29 ist zur Erhöhung der Rück- stellkraft mittels der Druckfeder 28 am Synchronträgerkörper 3 abgestützt.

Zur Synchronisation ist eine Axialverschiebung der Schiebemuffe 1 1 von der in Fig. 1 dargestellten Neutral- oder Leerlaufposition in Richtung des Kupplungskörpers 7 erforderlich. Diese Axialbewegung führt zunächst dazu, dass das Rastmittel 13 radial in den Synchronträgerkör- per 3 hineingedrückt wird. Über die Schrägen 33, 34 wird eine Axialbewegung der Fangzähne 19 erzeugt, welche zunächst eine Vorsynchronisation auslöst, bei der eine Axialkraft auf den Synchronring 14 ausgeübt wird, die sich fortpflanzt über die Reibflächen 16 auf den Kupplungskörper 7, wodurch sich ein Reibmoment aufbaut. In dieser Phase bewirkt das Reibmoment eine Drehzahlanpassung zwischen dem Synchronring 14 und dem Synchronträgerkör- per 3 bzw. der Schiebemuffe 1 1 , so dass eine Erhöhung der Axialkraft zum Verschieben der Schiebemuffe 1 1 erforderlich ist, damit die Sperrverzahnung 17 des Synchronringes 14 formschlüssig in die Innenverzahnung 9 der Schiebemuffe 1 1 verrastet. Mit dem Anstieg der axialen Verschiebekraft und dem damit verbundenen voll wirksamen Reibmoment erfolgt eine An- gleichung der Drehzahlen zwischen der Schiebmuffe 1 1 und dem Synchronring 14 und somit zwischen dem Synchronträgerkörper 3 und dem Kupplungskörper 7.

Nach der ersten erfolgten Drehzahlanpassung ist ebenfalls der Kupplungskörper 7 und somit das Gangrad 2 synchronisiert, insbesondere aufgrund der Reibflächen 16, die einen Reib- schluss zwischen dem Synchronring 14 und dem Kupplungskörper 7 herstellen. Ist die Dreh- Zahlsynchronisation zwischen dem Synchronträgerkörper 3 und dem Kupplungskörper 7 mit dem Gangrad 2 erreicht, ist ein Durchschalten der Schiebemuffe 1 1 bis zu einer Überdeckung der Kupplungskörperverzahnung 12 möglich. Bezugszeichenliste

1 Synchronisiereinrichtung 35

2 Gangrad 36 Stellbolzen 3 Synchronträgerkörper

4 Getriebewelle

5

6 Lager

7 Kupplungskörper

8 Außenverzahnung (3)

9 Innenverzahnung (1 1 )

10

1 1 Schiebemuffe

12 Sperrverzahnung (7)

13 Rastelement

14

15 Konus (14)

16 Reibflächen

17 Sperrverzahnung (14)

18 Fangzähne (14)

19 Fangzähne (3)

20

21 Stellmittel

22 Reibbelag (18)

23 Reibbelag (19)

24 Aufnahme (14)

25

26 Druckfeder

27 Druckfeder

28 Druckfeder

29 Zylinderbolzen (13)

30

31 Kugelkarottenkopf

32 Ende (19; 20)

33 Schräge (29)

34 Schräge (36)