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Synchronisierkupplung, insbesondere für Wechselgetriebe von Kraftfahrzeugen
Die Erfindung betrifft eine Synchronisierkupplung, insbesondere für Wechselgetriebe
von Kraftfahrzeugen, deren Schaltmittel die formschlüssige Kupplung zweier koaxial
umlaufender Getriebeteile, z. B. einer Welle und eines Zahnrades, von einer am einen
Teil undrehbar gelagerten Schiebemuffe aus über axial in angepaßte konzentrische
Bohrungen des Zahnrades verschiebbare, zugleich zentrierend wirkende Schaltstifte
erst nach vollzogener Synchronisation durch eine mit einem Gegenkonus des zu kuppelnden
Teiles zusammenwirkende Synchronisiermuffe zulassen.
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Bei bekannten Synchronisierkupplungen sind die Schiebemuffen zugleich
als mit einer Innenverzahnung ausgebildete' Schaltmuffen -ausgebildet, die bei ihrer
axialen Verschiebung in eine angepaßte Kupphingsverzahnung des zu kuppelnden Zahnrades
eingreifen. Nachteilig ist bei solchen Synchronisierkupplungen, daß bei der Warmbehandlung
der mit der Verzahnung versehenen Teile mit Rücksicht auf Abbrand bzw. Verzundern
der feinen Verzahnung keine optimale Härte erreicht werden kann; weshalb sich solche
Synchronisierkupplungen nicht zum Übertragen und Synchronisieren des vollen Drehmomentes
eignen.
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Zur Vermeidung des vorgenannten Mangels sind auch schon eingangs genannte
Synchronisierkupplungen vorgeschlagen worden, bei denen die Verzahnung durch axial
verschiebbare und in Bohrungen des Zahnrades od. dgl. einschiebbare Schaltstifte
ersetzt ist. Dabei betätigen die ihrerseits fest mit der Schiebemuffe verbundenen
Schaltstifte zunächst einen zur Synchronisation dienenden Reibring und sollen nach
vollendeter Synchronisation axial in die genannten Bohrungen des Zahnrades od. dgl.
weiter verschoben-werden. Schwierig ist es bei-solchen Synchronisierkupplungen jedoch,
die Schaltstifte nach vollendeter Synchronisation auch wirklich in die zugeordneten
Bohrungen des Zahnrades einzuführen, da es nur in den seltensten Fällen zufällig
gelingen wird, die genannten Bohrungen mit Vollendung der Synchronisation gerade
genau vor die Schaltstifte zu bringen. In der Praxis geht man so vor, daß der durch
die Synchronisation zunächst herbeigeführte Gleichlauf vorübergehend wieder unterbrochen
wird, wobei die jetzt gegen das Zahnrad od. dgl. weiter verschobenen Schaltstifte
mittels abgerundeter Stirnflächen die Zentrierung gegenüber dem Zahnrad bewirken
und schließlich nach der Zentrierung weiter in die zugeordneten Bohrungen hineinbewegt
werden. Abgesehen davon, daß durch die mit der Schiebemuffe fest verbundenen, meist
in -zwei. gegenüberliegende Einkupplungsstellungen verschiebbaren Schaltstifte ein
relativ großer Verschiebeweg benötigt wird, dex gerade bei Kraftfahrzeugen wettvollen
Raum in Anspruch nimmt und einen nachträglichen Einbau der Synchronisierkupplung
in ein vorhandenes Getriebe praktisch ausschließt, ist auch nachteilig, daß die
Einkupplung im praktischen Betrieb kaum ohne unangenehme Schaltstöße und störende
Schaltgeräusche gelingt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten. Synchronisierkupplungen
so zu vervollständigen, daß trotz minimalen Platzbedarfs, der auch ein nachträgliches
Einbauen solcher Kupplungen in bereits vorhandene normale Getriebe ermöglicht, auch
ein sehr weiches, stoßfreies Kuppeln. ermöglicht wird.
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Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß noch
weitere, von den vorgenannten Schaltstiften aus über eine Schleppsteuerung mitgenommene
Schaltstifte vorgesehen sind, die in die Bohrungen erst nach deren vollzogener Zentrierung
eingreifen können.
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Bei einer solchen Ausbildung der Synchronisierkupplung ist der Gesamthub
der Schiebemuffe aus einem Vorhub und einem wirksamen Hub zusammengesetzt. Der Vorhub
ist weiterhin in eine Leerlaufphase zur überwindung des Axialspiels der Synchro--nisierkonen,
eine Abbremsphase, bei welcher ein weiteres Verschieben der Schiebemuffe unter gleichzeitiger
Synchronisation
verhindert wird, und in eine weitere Leerlaufphase unterteilt, bei der nach Entsperrung
der Schiebemuffe zugleich die Synchrönisierkraft aufgehoben ist und die zu kuppelnden
Teile wieder eine - allerdings nur kurzzeitige und entsprechend geringe - Relativdrehung
erfahren können. Der auf die letztgenannte Leerlaufphase anschließende wirksame
Hub ist wiederum in eine Phase der Feinwinkeleinstellung oder Zentrierung der Schaltstifte
gegenüber den zugehörigen Bohrungen des Zahnrades od. dgl. (bei der die zugleich
zentrierend wirkenden Schaltstifte mit ihren beispielsweise kegelförmigen Spitzen
in die Bohrungen eindringen) und in eine Phase der festen Kupplung unterteilt, während
welcher auch die übrigen Schaltstifte in die bereits ausgerichteten Bohrungen des
Zahnrades eindringen. Eine solche Unterteilung des Gesamthubes der Schiebemuffe
in eine Anzahl Phasen bringt ideale Voraussetzungen für eine vollendete, d. h. stoßfreie
elastische Synchronisation mit sieh und macht die erfindungsgemäß ausgebildeten
Synchranisierkupplungen dadurch besonders für Wechselgetriebe von Kraftfahrzeugen
und insbesondere Personenkraftwagen geeignet.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung durchsetzen in
Eindrehungen der zugleich zentrierend wirkenden Schaltstifte eingreifende innere
Klauen der -Schiebemuffe die Synchronisiermuffe in die axialen Schaltverschiebungen
der Klauen zulassenden - Ausnehmungen, die in ihrem axialen Mittelbereich in Umfangsrichtung
beiderseits je eine rinnenförmige Erweiterung aufweisen, wobei die in Umfangsrichtung
beiderseits mit entsprechenden Schrägflächen versehenen Klauen bis zur vollzogenen
Synchronisation je nach Richtung der Relativdrehung jeweils in die einen Erweiterungen
kraftschlüssig eingreifen und dadurch an einer vorzeitigen Schaltverschiebung gehindert
werden.
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Bei einer solchen Ausführung der Synchronisierkupplung erübrigt sich
zugleich die Anordnung besonderer Schiebemitnehmer und Stützplatten nebst Sicherungsringen.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung betreffen ,andere konstruktive
Einzelheiten der erfindungsgemäßen Synchronisierkupplung.
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In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Synchronisierkupplung
nach der Erfindung veranschaulicht; es zeigt Fig.1 die Synchronisierkupplung in
einem ihre Teile zeigenden axialen Teilschnitt (in ausgekuppelter Stellung), Fig.2
eine Einzelheit der Synchronisierkupplung in einer Ansicht in Richtung des Pfeiles
P der Fig. 1, Fig.3 die Synchronisierkupplung in einer der Fig. 1 entsprechenden
Darstellung, jedoch in Einkupplungsstellung, Fig. 4 die Synchronisierkupplung gemäß
Fig. 1 in einem axialen Teilschnitt nach der Linie A-A der Fig. 6, Fig. 5 eine Gruppe
entlang dem Umfang der Synchronisierkupplung angeordneter zusammenwirkender Schaltstifte
in einer abgewickelten und zugleich vergrößerten Ansichtsdarstellung, Fig. 6 die
Synchronisierkupplung gemäß Fig. 1 in einem Gesamtquerschnitt.
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Die dargestellte Synchronisierkupplung mit Sperrsynchronisation besteht
aus einem auf einer Welle 2 festgelegten 1VIitnehmer 1, aus - dem Mitnehmer 1 radial
nach außen ragenden Mitnehmerzapfen 3 (vgl: Fig. 6), einer auf den Mitnehmerzapfen
3 axial verschiebbar geführten Schiebemuffe 6, einer Synchronisiermuffe12 und aus
die Synchronisiermuffe12 radial nach innen durchsetzenden sowie in nachstehend noch
beschriebener Weise zur Schaltverschiebung von Schaltstiften 16 und 21 dienenden
Klauen 7 der Schiebemuffe 6.
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Wie aus den Fig. 4 und 6 hervorgeht, greifen die Mitnehmerzapfen 3
an ihren äußeren Stirnflächen 4 in je eine Quernut 36 der Schiebemuffe 6 und außerdem
in je einen Ausschnitt37 eines dortigen segmentförmigen Federringteiles 10 ein.
Von den Mitnehrnerzapfen 3, an deren inneren Enden in den zugehörigen Bohrungen
des Miinehmers 1 angeordnete Federn 5 anliegen; ist der eine noch mit einem axialen
inneren Ansatz 31 versehen, der in eine zugehörige radiale Bohrung der Welle 1 im
Sinne einer axialen Sicherung des Mitnehmers 1 auf der Welle 2 eingreift.
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Die Synchronisiermuffe 12 ist auf zwei seitlich gegenüberliegenden,
durch eine äußere nutförmige Eindrehung gebildeten Außenflanschen des Mitnehmers
1 gelagert. Die noch radial innerhalb der - lediglich in. Bohrungen 28 der Außenflansche
geführten - Schaftstifte befindliche Grundfläche der Eindrehung ist zylindrisch
ausgebildet, weist jedoch innerhalb der Quermittelebene der Synchronisierkupplung
noch eine keilförmig nach innen ragende Ringnut 23 auf, deren Bedeutung nachstehend
noch erläutert wird. Außerhalb der Schaltstifte 16 und 21 ist die Eindrehung des
Mitnehmers 1 durch drei Segmente 8 abgedeckt, die an den sie nach außen durchsetzenden
Mitnehmerzapfen 3 zugleich undrehbar gehalten sind und zwischen ihren benachbarten
freien Enden jeweils den für die dort nach innen ragenden Klauen 7 der Schaltmuffe
6 erforderlichen Raum frei lassen.. Innen liegen die Segmente 8 auf den Schaltstiften
16 und 21 auf, während sie außen mit den zugleich zu ihrer axialen Festlegung dienenden
Außenflanschen des Mitnehmers 1 bündig abschließen und so zugleich zur weiteren
Führung der Synchronisiermuffe 12 dienen.
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In ihrer Quermittelebene weist die Synchronisiermuffe 12 eine flache
äußere Ringnut 11 auf, in welche die im übrigen in einer mittleren inneren Ringnut
9 der Schiebemuffe 6 geführten Federringteile 10 bei ausgekuppelter Kupplung gemäß
Fig. 4 mit ihren freien Enden elastisch nachgiebig eingreifen. Jeweils an den Stellen
der Mitnehmerzapfen 3 und der Klauen 7 ist die Synchronisiermuffe 12 mit entsprechenden
Ausnehmungen versehen, die nicht nur ihre axiale Verschiebung (zur Synchronisation);
sondern auch eine gewisse relative Drehung der Synchromsiermuffe gegenüber den anderen,
sämtlich mit der Welle 2 undrehbar verbundenen Teilen zulassen. Wie aus Fig. 2 ersichtlich
ist, weisen die von den Klauen 7 durchsetzten Ausnehmungen 14. der Synchronisiermuffe
12 in ihrem axialen Mittelbereich in Umfangsrichtung beiderseits je eine rinnenförmige
Erweiterung 14' auf, in die die dortige, in Umfangsrichtung beiderseits mit entsprechenden
Schrägflächen 15 versehene Klaue 7 eingreifen kann, wodurch eine weitere axiale
Verschiebung der Schiebemuffe 6 und der Klauen 7 während des Synchronisiervorganges
bis zum erzielten Gleichlauf der Teile verhindert wird.
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Die dargestellte Synchronisierkupplung ist doppelseitig wirkend ausgebildet
und dient zur Verbindung
der Welle 2 entweder mit einem Zahnrad
26 -oder mit einem Zahnrad 27. Infolgedessen ist auch die Synchronisiermuffe 12
an ihren beiden Seiten mit je einem Konus 25 versehen, der aus Sintermetall besteht
und mit einem entsprechenden Gegenkonus 13 des dortigen Zahnrades 26 bzw. 27 zusammenwirken
kann.
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Wie insbesondere aus den Fig.5 und 6 hervorgeht, sind entlang dem
Kupplungsumfang drei Gruppen je von einer Klaue 7 aus schaltbarer Schaltstifte 16
und 21 gleichmäßig verteilt angeordnet, wogegen die Zahnräder 26 und 27 entlang
ihrem ganzen Umfang in angepaßten gleichbleibenden Abständen Bohrungen 18 zur Aufnahme
der Schaltstifte 16 und 21 aufweisen. Die Schaltstifte 16 und 21 sind in ihren Mittelteilen
auf einen kleineren Durchmesser abgedreht, so daß jeweils zwei axial gegenüberliegende
Schaltstifte 16 bzw. 21 durch einen Verbindungszapfen 30 miteinander verbunden sind.
Dabei greift die zugehörige Klaue 7 jeweils lediglich in die beiden Eindrehungen
der mittleren, zugleich zentrierend wirkenden Schaltstifte 16 ein und kann diese,
mit entsprechenden Kegelspitzen 17 versehenen Stifte bei einer axialen Verschiebung
der - Schiebemuffe 6 unmittelbar verschieben. Auf die übrigen, lediglich mit flachen
Stimfiächen22 versehenen Schaltstifte21 derselben Gruppe kann die dortige Klaue
7 lediglich indirekt über eine Schleppsteuerung einwirken, die von den unmittelbar
gesteuerten Schaltstiften 16 aus betätigt wird. Diese Schleppsteuerung besteht aus
in die Eindrehungen aller zusammenwirkenden Schaltstifte 16 und 21 von der Innenseite
der Synchronisierkupplung - her eingreifenden und mit diesen gegenüber dem Mitnehmer
1 axial verschiebbaren Führungsstücken 20 und 29 sowie Zwischenstücken 33, wobei
die zugleich zentrierend wirkenden Schaltstifte 16 gegenüber den mit den weiteren
Schaltstiften 21 spielfrei zusammenwirkenden Führungs- und Zwischenstücken 20, 29
und 33 ein die Schleppsteuerung ergebendes axiales Spiel aufweisen, das durch seitliche
Ausnehmungen 19 der Führungsstücke 20 und 29 gebildet wird. Wie aus Fig.6 ersichtlich
ist, dienen dabei die Zwischenstücke 33 auch als Distanzstücke für die an ihnen
außen anliegenden Segmente 8 und sind zugleich an den Verbindungszapfen 30 der Schaltstifte
21 in Umfangsrichtung festgelegt, greifen aber nicht in die Zwischenräume zwischen
den benachbarten mittleren Verbindungszapfen 30 der beiden dortigen Schaltstifte
16 ein.
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Aus den Zeichnungen ist weiterhin ersichtlich, daß zwischen den benachbarten
Verbindungszapfen 30 der Schaltstifte 16 jeweils eine im Durchmesser dem Stiftdurchmesser
der eigentlichen Schaltstifte 16 und 21 etwa gleichende Sperrscheibe 24 - mit ihrer
Achse in Umfangsrichtung der Kupplung verlaufend - gelagert ist, die bei der ausgekuppelten
Stellung der Kupplungsteile durch einen Federdraht 32 nachgiebig federnd in die
bereits genannte äußere Ringnut 23 des auf der Welle 2 festgelegten Mtnehmers 1
hineingedrückt wird und dadurch die axial zur Synchronisierkupplung beiderseits
vorlaufenden Führungsstücke 20 und 29 in ihren Entkupplungs.stellungen festhält.
Dadurch, daß die jeweils radial außerhalb der Sperrscheiben 24 angeordneten und
bei ausgekuppelter Synchronisierkupplung in der Ebene der Ringnut 23 verlaufenden
Klauen 7 in die Eindrehungen der benachbarten Schaltstifte 16 um annähernd den gleichen
Betrag eingreifen, wie die Sperrscheiben 24 in die Ringnut 23 eingreifen können,
werden die Sperrscheiben 24 bei der insbesondere aus den Fig. 1 und 6 hervorgehenden
Entkupplungsstellung durch die Klauen 7 noch zwangläufig in die Ringnut 23 hineingepreßt,
wodurch jegliches etwaiges selbsttätiges Verschieben der Schaltstifte 21 ausgeschlossen
wird.
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Die beschriebene Synchronisierkupplung arbeitet folgendermaßen: Wird
die Schiebemuffe 6 der vorher in ihrer Auskupplungsstellung befindlichen Synchronisierkupplung
beispielsweise (gemäß der Zeichnung) nach rechts - im Sinne einer Verbindung der
Welle 2 mit dem Zahnrad 26 - verschoben, so nimmt sie über die in die äußere Ringnut
11 der Synchronisiermuffe 12 eingreifenden Federringteile 10 die Synchronisiermuffe
12 bis zur Anlage deren Konus 25 am Gegenkonus 13 des Zahnrades 26 mit. Durch die
noch unterschiedlichen Drehzahlen zwischen der Welle 2 und dem Zahnrad 26 wird nunmehr
die Synchronisiermuffe 12 gegenüber den übrigen, mit - der Welle 2 urdrehbar verbundenen
Teilen (gemäß Fig. 2 beispielsweise nach unten) gedreht, wodurch die Klauen 7 mit
ihren einen Schrägflächen 15 in die zugeordneten rinnenförmigen Erweiterungen 14'
der Ausnehmungen 14 der Synchronisiermuffe 12 eingreifen und - dadurch selbst bei
Anwendung eines stärkeren Druckes an der Schiebemuffe 6 an einer weiteren axialen
Verschiebung gehindert werden.
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Erst wenn der Gleichlauf zwischen der Welle 2 und dem Zahnrad 26 herbeigeführt
ist, hört die an denn Klauen 7 wirksame Umfangskraft zu wirken auf, so daß die Klauen
nunmehr - unter entsprechender Drehung der Synchfonisiermuffe 12 über die Synchronisiermuffe
12 über die Schrägflächen 15 und unter gleichzeitigem Ausweichen der äußeren Enden
der Federringteile 10 in die Ringnut 9 der Schiebemuffe 6 hinein - weiter gegen
das Zahnrad 26 verschoben werden können. Zu beachten ist, daß im Augenblick des
Ausrastens der Klauen 7 aus den rinnenförmigen Erweiterungen 14' der Ausnehmungen
14 zugleich die Synchronisiermuffe 12 nicht mehr gegen den Gegenkonus 13 des Zahnrades
26 angedrückt werden kann, weshalb nunmehr wieder eine - allerdings nur kurzzeitige
und entsprechend geringfügige - Relativdrehung zwischen der Welle 2 und dem Zahnrad
26 möglich ist. Dies führt dazu, daß die unmittelbar von den Klauen 7 her zunächst
allein gegen die benachbarte Stirnfläche des Zahnrades 26 axial angedrückten Schaltstifte
16 mit ihren Kegelspitzen 17 leicht in die zugeordneten Bohrungen 18 des Zahnrades
26 eindringen können und dadurch diese Bohrungen zugleich gegenüber den Schaltstiften
16 und 21 zentrieren.
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Wegen der Schleppsteuerung ist bei diesem ersten Einschieben der Schaltstifte
16 ein vorzeitiges Verschieben der übrigen Schaltstifte 21 ausgeschlossen, weil
die Schaltstifte 16 sich zunächst lediglich im Bereich der Ausnehmungen 19 der Führuggsstücke
20 und 29 bewegen und diese über die Sperrscheibe 24 und den an dieser angreifenden
Federdraht 32 vorerst noch in ihrer Mittelstellung festgehalten sind. Erst wenn
die Schaltstifte 16 so weit in die Bohrungen 18 eingedrungen sind, daß eine vollständige
Zentrierung erreicht ist, werden die Führungs- und Zwischenstücke 20, 29 und 33
unter Mitnahme der zugleich entgegen der Kraft des Federdrahtes. aus der Ringnut
23 nach außen - verschobenen Sperrscheibe
24 mit verschoben und
nehmen nunmehr auch- die Schaltstifte 21 im. Sinne einer Einkupplung in die
zugeordneten Bohrungen 18 des Zahnrades 26
mit. Die vollständige Kupplung
ist damit hergestellt.
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Soll das Zahnrad 26 wieder entkuppelt werden, so wird die Schiebemuffe
6 zu diesem Zweck aus ihrer seitlichen Stellung (vgl. Fig. 3) wieder in ihre aus
Fig. 1 ersichtliche Mittelstellung zurück verschoben. Dabei schieben die Klauen
7 auch die Sperrscheiben 24 wieder in die Mittelstellung zurück, wo sie unter
der Kraft der Federdrähte 32 wieder in die Ringnut 23 des Mitnehmers 1 einschnappen
und dadurch die Schaltstifte 21 in der ausgekuppelten Stellung (Fig. 5) sichern.
Durch die flache Ausbildung der äußeren Ringnut 11 der Synchronisiermuffe 12 schnappen
bei der Mittelstellung der Schiebemuffe 6 auch die äußeren Enden, der Federringteile
10 wieder in die Ringnut 11 ein und sichern dadurch die Synchronisiermuffe 12 in
ihrer Mittelstellung; bei der keine gegünseitige Berührung der zusammenwirkenden
Synchronisierkonen mehr möglich ist.
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Aus der vorstehenden Beschreibung geht hervor, da:ß die gesamte Längsverschiebung
der Schiebemuffe 6 beim Einkuppeln in einen Vorhub und einen wirksamen Hub unterteilt
ist. Der Vorhub ist wiederum in je eine Leerlaufphase (zur Überwindung des Axialspiels
der Synchronisierkonen), eine Abbrems-Phase (bei der die- Schiebemuffe 6 zugleich
an einer Weiterverschiebung gehindert ist) und eine weitere Leerlaufphase unterteilt,
bei der die zu kuppelnden Teile erneut kurzzeitig relativ zueinander drehbar sind.
Der eigentliche wirksame Hub besteht aus einer Phase der Feinwinkcleinstelluug,
d. h: der gegenseitigen Zentrierung der -Bohrungen 18 des zu kuppelnden Zahnrades
mit den Schaltstiften 16, und aus einer Phase der festen Verbindung, wo auch die
restlichen Schaltstifte 21 in die bereits zentrierten zugeordneten Bohrungen
18 eindringen können. Durch eine solche vorteilhafte Unterteilung der Einkupplungsarbeit
ist eine sehr elastische, stoßfreie Einkupphing gewährleistet, was eine beschriebene
Synchronisierkupplungfür Wechselgetriebe von Kraftfahrzeugen und insbesondere von
Personenkraftwagen besonders geeignet macht.